Utveckling av framtida konkurrenskraftig närvärme (0,05-20 MW t ) med säkrad bränslekvalitet samt hög tillgänglighet, effektivitet och miljöprestanda

Transkript

1 Utveckling av framtida konkurrenskraftig närvärme (0,05-20 MW t ) med säkrad bränslekvalitet samt hög tillgänglighet, effektivitet och miljöprestanda Marie Rönnbäck, Jelena Todorovic SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Christoffer Boman, Dan Boström, Jonathan Fagerström, Markus Broström Umeå Universitet Marcus Öhman, Joakim Lundgren Luleå Tekniska Universitet Robert Samuelsson, Torbjörn Lestander Sveriges Lantbruksuniversitet

2

3 Förord Detta projekt har genomförts på uppdrag av Energimyndigheten inom programmet Småskalig värmeförsörjning med biobränsle. Projektgruppen har bestått av deltagare från: Energiteknik vid SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut (projektledare), Energiteknik och termisk processkemi (ETPC) vid Umeå Universitet, Energiteknik vid Luleå Tekniska Universitet och Enheten för biomassateknologi och kemi (BTK) vid Sveriges Lantbruksuniversitet. Projektgruppen vill tacka alla personer vid de företag som deltagit genom att ge sina synpunkter i intervjuer och enkäter.

4 Sammanfattning Närvärmesektorn (0,05-20 MW) står de kommande åren inför ökad konkurrens om, och en utvidgad råvarubas för (bio)bränslen. Samtidigt ökar kraven på tillgänglighet, effektivitet och miljöprestanda. Denna rapport beskriver viktiga hinder, kunskapsbrister och behov av forsknings-, utvecklings- och demonstrationsinsatser identifierade hos bränsle- och utrustningstillverkare samt användare inom sektorn. Aktörer har kartlagts och deras synpunkter har samlats in via intervjuer och/eller enkäter. Forskningsmiljöer och pågående program och aktiviteter i Sverige beskrivs kortfattat. Resultaten visar på stora behov av kunskap kring nya bränslen i hela kedjan från bränsleförädling till kvalitetssäkring, förbränning och emissionsreducering. Det finns även stort behov av samordning av resurser, tydliggörande av forskningsstruktur, ökad kontaktyta och förbättrad kommunikation och implementering av resultat. Baserat på resultaten föreslås struktur, innehåll och finansiering av ett samordnat FUD-program med fokus Närvärme. Viktiga framgångsfaktorer är inkludering av hela kedjan bränsle-omvandling-system/miljö, samodning av fysiska lokaliseringar för forskning och utveckling och övergripande styrning. Alla tre delmomenten grundforskning, tillämpad FoU och demonstration bör ingå. Summary The heating sector (0.05 to 20 MW) is during the coming years facing an increased competition for (bio) fuels and, at the same time, an expanded broadening of the raw material base for fuels. At the same time the demand for availability, efficiency and environmental performance are increasing. This report describes key barriers, knowledge gaps and needs for research, development and demonstration activities identified. Producers of fuels and of combustion equipments as well as users have been identified and their views have been collected through interviews and / or questionnaires. Research and ongoing programs and activities in Sweden are described briefly. The results show great need for knowledge of new fuels in the whole chain from fuel processing to quality assurance, combustion and emission reduction. There is also great need for coordination of resources, clarification of the research structure, increased contact and improved communication and implementation of results. Based on the results a structure, content and funding of a coordinated R & D program with a focus on the heating sector 0,05-20 MW is proposed. Key factors for success are the inclusion of the entire chain fuel-conversion-system/environment, coordination of physical locations for research and development, and overall governance. All three parts basic research, applied research and demonstration should be included.

5 Innehåll 1 Inledning Bakgrund Förutsättningar för projektet (förstudien) Närvärmesektorn Motiv till framtida FUD-satsningar inom närvärmesektorn Syfte och målsättningar Genomförande Resultat Aktörer Bränsleproducenter Utrustningstillverkare Användare av bränsle (energibolag) Forskningsaktörer Tidigare och pågående forskningsprogram och annan relaterad verksamhet Intervjuer Bränsleproducenter Enkät och intervjusvar Sammanfattning - Bränsleproducenter Utrustningstillverkare Enkät och intervjusvar Sammanfattning - Utrustningstillverkare Användare av bränsle (energibolag) Enkät och intervjusvar Sammanfattning Användare av bränsle (energibolag) Reflektion och Syntes Kunskapsläget, tidigare FUD-satsningar och strukturer Kritiska hinder och angelägen FUD-verksamhet Förslag på samordnat FUD-program med fokus Närvärme Bilaga 1 Presentationsmaterial Bilaga 2 Sammanställning över viktiga bränsleleverantörer i Sverige Bilaga 3 Beskrivning av intervjuade utrustningstillverkare Bilaga 4 Beskrivning av intervjuade användare Bilaga 5 Frågeformulär till enkäter... 57

6

7 1 Inledning 1.1 Bakgrund Förutsättningar för projektet (förstudien) Energimyndighetens program Småskalig värmeförsörjning med biobränslen och Uthållig tillförsel och förädling av biobränsle har pågått F.o.m. januari 2011 är nya programperioder planerade att starta för att pågå till Under 2009 efterfrågade Energimyndigheten förslag på inriktning på forsknings- och utvecklingsinsatser inom området inom den kommande programperioden. Föreliggande rapport berör resultatet av den genomförda förstudien kring industrins situation, upplevda hinder för framtida utveckling samt tankar kring framtida FUD 1 -satsningar inom området närvärme (0,05-20 MW), samt en lägesbeskrivning och syntes som leder fram till ett förslag på ett samlat FUD-program för framtida forskning, utveckling och demonstration av förbränningsanläggningar inom närvärmesektorn med inriktning på nya bränslekvaliteter. Tidigare har industrirelaterad forskningsverksamhet inom ämnesområdet till stor del varit fokuserad på att stödja energibranschen i användarledet, d.v.s. kartlägga problem och föreslå åtgärder, t.ex. då nya bränslefraktioner introducerats i befintliga anläggningar. I denna rapport föreslås hur denna FUD-erfarenhet, kompetens och resurser, i samarbete med industrin, kan stärkas, samordnas och implementeras direkt i utvecklingsarbetet av framtida system med fokus på närvärmepannor, nya råvaror och förädlade/designade bränslen Närvärmesektorn Närvärmeanläggningar producerar, som namnet säger, värme till närbelägna konsumenter i ett effektspann som sträcker sig från ett par hundra kw upp till 20 MW. De är oftast så stora att de bär kostnaden för viss automatik och rörlighet, dock inte tillräckligt stora för att i alla lägen kunna betala för rökgasrening eller driftspersonal. Mellanklassen som närvärme befinner sig i är alltså en tydlig klass separerad från liten villaskala och stor fjärrvärmeskala. Principen för alla anläggningar är dock gemensam. I värmeanläggningar överförs energi från varma rökgaser till ett annat vatten, och vid elproduktion kan mediet vara vatten, men t.ex. luft och olika typer av silikonoljor kan vara aktuella. I förbränningsbaserade processer är gränsen mellan värme- och kraftvärmeanläggningar obefintlig om rökgasernas väg genom anläggningen är i fokus. I förgasningsbaserade processer kan det dock skilja sig åt. Varma rökgaser färdas och kyls genom pannan, från rost till skorsten, oavsett vilket medium som finns på andra sidan värmeväxlaren. En principbild över en närvärmeanläggning visas i Figur 1. 1 Projektgruppen har valt att använda uttrycket FUD (Forskning, Utveckling och Demonstration) för framtida satsningar, istället för FoU (Forskning och Utveckling), eftersom det under projektets gång blivit tydligt att framtida satsningar bör inkludera även Demonstration. Uttrycket FoU lever dock kvar i delar av arbete. 1

8 Tekniker Teknikerna som används i detta segment kan delas in i rost, fluidbädd och pulver där rostanläggningarna är vanligast och klassificeras först och främst som fast eller rörligt. Roströrelsen varierar och kan vara vibrerande eller roterande. En hybridvariant som även förekommer har en asktryckare som föser fram bränsle och aska över en fast rost. Förutom rörligheten kan roster även delas in i lutande eller plana typer. Den vanligaste typen i närvärmesegmentet är en lutande, mekanisk rost, medan ett mindre antal fluidbäddar finns i det övre effektsegmentet och användningen av pulverpannor är begränsad. Det finns även topplastpannor i effektområdet som drivs eller kan drivas med biooljor. Energiomvandlingsscenariot Den termiska omvandlingsprocessen i fastbränslepannor är komplex där kemiska och fysikaliska faktorer och processer pågår mer eller mindre under inverkan av varandra. Processerna är likartade antingen det är rost-, pulver eller biooljepannor. Idag är den dominerande tekniken i segmentet närvärme rostpannor. Omvandlingsprocesserna kan kort och generaliserat beskrivas I tre steg enligt följade: 1) Bränslet skruvas in till rosten, som antingen är av medströms-, korsströms- eller motströmskonstruktion. Strömningstypen definieras enligt bränslets och rökgasernas rörelseriktningar. Detta tillsammans med tillsatsen av primärluft och den lokala energibalansen i bädden bestämmer om bränslebädden är botten- eller topptänd. 2) Nere i bränslebädden fraktioneras förbränningen utifrån torkning, pyrolys, förgasning och förbränning. Fraktioneringen som sker längs rosten resulterar i att vatten, organiska kolväteföreningar, och förgasningsgaser avgår i steg innan koksutbränningen äger rum. På liknande sätt fraktioneras även de oorganiska elementen i biomassan. Utformningen av rosten, förbränningsutrymmet och lufttillförseln är därmed av betydelse för beteendet av organiska och oorganiska element. 3) Rökgaserna kyls från dryga 1000 C till ca 100 C i pannan där den stora temperatursänkningen leder till att rökgasen förändras genom att gaser, vätskor och partiklar transformeras via kemiska reaktioner, nukleering och kondensering och sublimering av gaser, koagulering av partiklar. Ytterligare omvandlingar sker vid rökgasernas växelverkan med material i pannan. 4) Efter skorstenen, i atmosfären, sker reaktioner och transformationer av gaser och partiklar, förändringar som sannolikt kan inverka såväl negativt som positivt på egenskaper av betydelse för miljö och hälsa. Hela systemet, från termisk omvandling och fraktioneringen av bränslet till efterföljande reaktioner och beteende av gaser och partiklar i pannan och atmosfären, är en dynamisk miljö, en miljö som förändras då nya förutsättningar bränslen introduceras. 1.2 Motiv till framtida FUD-satsningar inom närvärmesektorn För att Sverige ska klara åtagandet om förnybar energi till 2020 bedömer Energimyndigheten (ref1) användningen av fasta biobränslen och avfall att behöva öka med TWh. Bakgrunden är en förväntad brist på traditionell energibiomassa i Sverige och även internationellt. De utfästelser och ambitioner som numera finns i stora delar av världen 2

9 beträffande omställning till förnyelsebar energiproduktion kommer troligtvis att innebära att den spirande globala marknaden för bioenergi kommer att expandera kraftigt och att efterfrågan åtminstone periodvis sannolikt kommer att överstiga tillgången, med ökande priser som följd. Därför kommer en stor variation av råvaror att behöva nyttjas. För Sveriges del har det i olika sammanhang (utredningar, forskningsprogram m.m.) ett antal sådana av intresse för framtida produktion av värme och el identifierats. Dessa innefattar skogsbränsle, energiskog (Salix), halm, rörflen, hampa, spannmål (främst havrekärnor) och torv. Som alternativ till de rena skogsbränslena (stamvedsbaserade) för pelletproduktion diskuteras också ett antal olika alternativa råvaror, t ex bark, hyggesrester (grot), energived, (löv och barr), åkergrödor (t ex strå, rörflen och salix), lignin och hydrolysrester från etanolproduktion samt lantbrukets restprodukter. Dessa nya bränslen har det gemensamt att de har högre ask- och kvävehalter än rent stamträ. De karaktäriseras även av högre halter av svavel, klor och alkali, och ibland även fosfor. Fukthalten varierar, och framförallt varierar fraktionsstorlek, fraktionsuppdelning och bulkdensitet hos bränslena. Skogsbiomassa är sedan länge väletablerad som bränsle och omfattande forskning har utförts för att få förståelse för askrelaterade förbränningsproblem. Denna kunskap har emellertid inte i tillräcklig utsträckning formulerats och systematiskt gjorts tillgänglig för panntillverkare, bränsleproducenter och operatörer och bränsleansvariga i branschen. Vad det gäller "nya" bränslen, företrädelsevis från åkermark, är kunskapsläget mer bekymmersamt. Dessa biobränslen är generellt sett mycket askrikare än rena skogsbränslen (stamved) med koncentrationer av de askbildande elementen som ofta kraftigt avviker från den traditionella skogsbiomassan. Därmed kan man förvänta sig förhållandevis stora askrelaterade problem och dessutom sannolikt andra än de som normalt uppträder vid nyttjande av skogsbiomassa. Omfattande forskningsinsatser syftande till att förstå och kartlägga förbränningsegenskaper med avseende på askrelaterade problem och partikulära emissioner är därför absolut nödvändiga för att ett effektivt och rent utnyttjande av dessa biobränslen snabbt ska utvecklas och implementeras. När det gäller förädlings- och hanteringsegenskaper är kunskapsläget för ren stamved (sågverksavfall) gott, medan det för övrig skogsbiomassa och framförallt för bränslen från åkermark finns stora kunskapsluckor. Vidare saknas kunskap vad gäller inverkan av olika additiv både vad gäller förbrännings- och förädlingsegenskaper. Situationen för närvärmesektorn är sådan att man under många år främst nyttjat skogsråvara i rosterpannor. Konceptet har hållit under en lång tid tack vare relativt stabila förutsättningar, vilka nu antagligen kommer att förändras. Vår bedömning är att de tre viktigaste faktorerna är; i) stigande bränslepriser, till följd av ökad efterfrågan nationell och internationell, ii) skärpta emissionskrav och iii) minskande värmeunderlag som resultat av energieffektiviseringar i industri och fastigheter. Effekten av den första faktorn (i) är sannolikt att nya bränsleråvaror måste introduceras. Det innebär i sin tur att vi bland annat får problem med rökgasrening, vilket ytterligare förstärker effekten av faktor (ii). Den tredje faktorn (iii) kan komma att resultera i en vilja och ett behov producera annat än värme av biomassan. Sammantaget innebär detta en stor förändring gentemot dagsläget. 3

10 Pannor tillverkade i Sverige är i första hand anpassade för skogsbränslen med vissa fukthalter och storleksfördelning av bränslepartiklarna. Utvecklingen av förbränningssystem för biobränslen och förädling av råvaror är dock på framväxt i Sverige och i några andra Europeiska länder. Ett antal förbränningstekniker för olika effektintervall (villa, småskalig närvärme, storskalig kraftvärme) finns idag etablerade, ofta kopplade till vissa specifika kategorier biobränslen. Emellertid kan man konstatera att finns ett stort och tydligt behov av fortsatt FUD för att skapa flexibla och effektiva förbränningssystem med hög tillgänglighet och låga emissioner av oönskade luftföroreningar för nya problematiska bränslen. För att kunna utnyttja nya bränslesortiment måste man hitta nya tekniklösningar samtidigt som man sänker drift- och underhållskostnader, minskar emissionerna och nyttiggör bioaskan. Generellt sett kan man konstatera att mycket av tidigare industrirelaterade forskningsverksamhet inom detta område har varit fokuserad på trouble shooting" och på att stödja energibranschen i användarledet, d v s kartlägga problem och föreslå åtgärder, t ex då nya bränslefraktioner introducerats i olika anläggningstyper. En schematisk bild över dagens närvärmeanläggning och morgondagens förutsättningar visas i Figur 1. Energimyndighetens tidigare forskningsprogram och andra forskningssatsningar, exempelvis de som utförts i Värmeforsk regi, har resulterat i relativt omfattande ny kunskap. Vi upplever det dock som om att det finns en tydlig brist i spridningen av denna kunskap till de egentliga Figur 1. Schematisk bild över dagens närvärmeanläggning och morgondagens förutsättningar. 4

11 avnämarna. Orsaken är måhända strukturell; resultaten finns som regel presenterade i rapporter och publikationer i internationella tidskrifter som åtminstone i det senare fallet kan upplevas som svårtillgänglig. Dessutom är det nog svårt många gånger, även för de verksamma forskarna, att sätta in eller sammanfoga specifika kanske synbarligen spretande detaljkunskaper till en helhetsbild. Det saknas alltså syntes av befintlig kunskap och en mer effektiv överföring av denna som kan leda till teknikutveckling och innovation. En långsiktig kunskapsuppbyggnad och -försörjning är en förutsättning för en konkurrenskraftig Svensk industri och för omställningen av energisystemet. Inte mist viktigt och kopplat till detta är utbildning av olika kategorier personal verksamma inom bioenergisektorn. 1.3 Syfte och målsättningar Det direkta syftet med förstudien var att i samarbete med industrin identifiera viktiga hinder, generella för branschen, för att optimera anläggningarnas prestanda trots en utvidgad råvarubas med försämrade bränslekvalitéer. Förstudien skulle även identifiera och bjuda in andra viktiga forskningsaktörer som kan komplettera gruppens kompetens. Utifrån diskussionerna med branschaktörerna, kartläggningen av relaterad tidigare/pågående FUD-aktiviteter samt projektgruppens egna erfarenheter och kunskaper var målsättning med förstudien vidare att föreslå hur de identifierade kritiska forsknings- och utvecklingsfrågorna kan samordnas i ett sammanhållet samordnat FUD-projekt/program som även ska leda till ökad innovationseffektivitet. Den långsiktiga målsättningen med ett sådant FUD-program är att stödja och möjliggöra utveckling av generella och applicerbara koncept för konstruktion och drift av nästa generations biobränslepannor för närvärme (0,05-20 MW) med stor bränsleflexibilitet samt hög tillgänglighet, effektivitet och miljöprestanda. Detta bedöms som nödvändigt för att svensk industri skall förbli konkurrenskraftigt inom området små- och mellanskaliga värmesystem samt att ge förutsättningar för svensk industri att verka på expansiva marknader. 5

12 2 Genomförande Projektet har genomförts enligt följande: Steg 1 Steg 2 Steg 3 Steg 4 Inventering av viktiga branschaktörer i Sverige, inom kategorierna; utrustningstillverkare, utrustningsanvändare och bränsleproducenter. En genomgång av aktörer inom forskningen vid universitet, högskolor och institut samt relevanta program, gjordes även. Intervjuer (via företagsbesök eller telefonmöten) genomfördes med ett urval av aktörer från de olika branschkategorierna. Som underlag för intervjuerna användes en enkät som togs fram för de respektive kategorierna. Resultatsammanställning och syntes. Intervjumaterialet syntetiserades och viktiga hinder och utvecklingsbehov identifierades. De identifierade utvecklingsbehoven ställdes mot de existerande FUD-kompetenser och insatser (från Steg 1). Utformning av ett förslag på FUD-program inom området Närvärme. Som en hjälp att presentera projektet vid kontakten med de olika aktörerna sammanställdes ett presentationsmaterial i form av en power point-presentation (Bilaga 1). Presentationen byggde på de scenarier om bränsletillgång samt behov av forskning och demonstration som beskrivs i Energimyndighetens Temarapport Det bränslebaserade energisystemet. Enkäterna som användes som underlag för intervjuerna gjordes i tre varianter (Bilaga 5), anpassade för de intervjuade grupperna och utformade för att identifiera och konkretisera de kritiska faktorerna för tekniksegmentet för att klara visionen i Temarapporten till De fylldes i av företagen innan intervjun eller i samband med intervjun. Syftet med frågorna i enkäten var, förutom att få en bild av företagens verksamhet (storlek, inriktning, produkter, bränslen, FoU resurser, etc.), att fånga in industrins synpunkter kring framtiden för branschen, hinder för innovation, genomförandet av FoU i olika former, användning av olika råvaror, fördelning av kostnader på drift respektive underhåll etc. Dessa diskussionsområden kan sammanfattas enligt: Vilka hinder och frågeställningar som är/kommer att vara begränsande för närvärmesektorn Vilka forskningsinsatser som behövs under perioden Lämpliga samarbetsformer för att genomföra forskningsinsatserna Hur de ser på sin egen position om 5-10 år med avseende på närvärmesektorn Projektgruppen har under arbetet med förstudien haft täta kontakter och omfattande diskussioner kring upplägg, genomförande, utvärdering och tolkning av insamlad information samt kring utformning av ett framtida FUD-program. Sammantaget har mer än 10 st telefonmöten genomförts under projekttiden med samtliga 4 parter i projektgruppen. 6

13 3 Resultat 3.1 Aktörer Bränsleproducenter En inventering av svenska bränsleproducenter genomfördes genom kontakter inom forskningsprogrammet Pelletsplattformen samt genom sökning på Internet. I linje med projektets syfte var ambitionen att få med huvuddelen av de svenska pelletproducenterna, samt några av de övriga större producenterna. Se även Bilaga 2. Tabell 1 redovisar de största bränsleproducenterna i Sverige. Informationen har i huvudsak hämtats från företagens hemsida. Tabell 1. Företagsnamn SCA Norrbränsle AB Rebio AB Svea Skog AB Södra skogsenergi AB PiR (Pelletsindustrins Riksförbund) Kommentarer, företaget 2,6 TWh bränsle, varav pellets 800 GWh 2,0 TWh trädbränsle 2,0 TWh bränsle 7,4 TWh bränsle 17 pelletproducenter, 7,7 TWh pellets Utrustningstillverkare En inventering genomfördes av svenska tillverkare av förbränningsutrustning 50 kw 20 MW. Inventeringen genomfördes genom tidigare kontakter som fanns inom projektgruppen, kontakt med SBCA Swedish Bioenergy Combustion Association samt genom sökning på Internet. Resultatet blev en ganska brokig bild som inkluderar tillverkare av brännare och pannor för förädlade bränslen (pellet och briketter), pannor för fuktiga bränslen, nyckelfärdiga anläggningar för värme och kraftvärme och en tillverkare av pulverpannor. Flera levererar nyckelfärdiga anläggningar där de själva tillverkar någon del, agerar återförsäljare eller bygger om äldre anläggningar. Några företag är mindre familjeföretag medan andra ingår i en större koncern. Ett knappt 20-tal företag hittades varav två av företagen gick i konkurs under projekttiden. En representativ delmängd av företagen valdes ut och enkäter skickades ut och intervjuer genomfördes med nyckelpersoner hos dessa: Janfire AB HOTAB Gruppen Järnforsen Energi System AB Opcon Bioenergy AB, division Saxlund 7

14 KMW Energi AB KLM Energi & Mekanik AB Osby Parca Ariterm Systems AB Flogistone AB (tidigare TPS) En kort beskrivning av varje företag ges i Bilaga Användare av bränsle (energibolag) I Sverige är fjärrvärme utbyggd i 245 av landets 290 kommuner. År 2008 användes 46,2 TWh biobränslen till uppvärmning i fjärrvärmesektorn. Det finns flera hundra användare av förbränningsutrustning i närvärmeområdet som kan sammanfattas enligt: Drygt 50 % av värmemarknaden Finns på mer än 570 orter Ca 50 TWh total produktion Omsätter ca 23 miljarder kronor Av dessa valdes följande ut för intervju: Lantmännen Agroenergi/Värme Tekniska Verken i Linköping AB Rindi Energi AB Skellefteå Kraft AB E.on Värme Sverige AB AB Fortum Värme En kort beskrivning av företagen ges i Bilaga Forskningsaktörer Genomgången av existerade forskningsmiljöer i Sverige begränsades till att ge korta beskrivningar av de grupper som har erfarenhet och kompetens inom området förbränningsanläggningar 0,05-20 MW med inriktning på nya bränslekvaliteter. Beskrivningen börjarprojektgruppens fyra deltagare varefter övriga följer i bokstavsordning. Beskrivningar av forskningsmiljöer är huvudsakligen hämtade från deras egna hemsidor. Inga försök har gjorts att SP Sveriges tekniska forskningsinstitut SP är ett industriforskningsinstitut med det övergripande målet att verka för hållbar tillväxt i Sverige genom att stärka näringslivets konkurrenskraft och förnyelse. Industriforskningsinstituten verkar i gränslandet mellan högskolans forskning och näringslivets utveckling. Målet är att bygga upp, förädla och förmedla behovsmotiverad FoU och innovation. SP är ett polytekniskt institut med 1000 anställda och mer än 9000 kunder per år. En fjärdedel av de anställda är seniora forskare och det finns ca 70 industridoktorander. Ca 1/3 av verksamheten 8

15 är forskning i svenska eller internationella projekt, 1/3 är utvecklingsarbete på uppdrag av industrin och kunskapsöverföring, 1/3 är provnings- och certifieringsverksamhet. Inom förbränningsteknik och bränslen har SP bred och djup kompetens inom både bioenergioch avfallsområdet. Forskning sker inom termokemisk omvandling (förbränning och förgasning), emissionsbildning och emissionsreducering, kemiska reaktioner vid avfallsförbränning mm. På det förbränningstekniska laboratoriet finns både konventionell och mer specialiserad utrusning för mätning och karaktärisering i lab och fält. Forskning inom förbränning av biobränslen och avfallsbränslen Villaskala Rostpannor Fluidiserad bädd Bränsle- och askrelaterade problem, funktion, emissioner Certifiering och utvecklingsprovning av förbränningsutrustning upp till 500 kw i SPs lab Bränsleanalyser, kvalitetsfrågor, metod- och mätteknikutveckling, standardiseringsarbete, mm Umeå universitet (UmU) Energiteknik och termisk processkemi (ETPC) är en enhet vid institutionen för Tillämpad Fysisk och Elektronik ETPC är i första hand är inriktad på att bedriva forskning inom området termokemisk energiomvandling av biomassa och avfallsbränslen tillsammans med samarbetspartners inom universitet, forskningsinstitut och industri. Grundläggande och tillämpad forskning kring förbränning, förgasning och pyrolys av fasta bränslen för produktion av värme, el och drivmedel. Verksamheten inkluderar såväl experimentella (fält, lab och pilotskala) som teoretiska metoder och spänner över flera olika vetenskapliga discipliner inom områdena; Bestämning av termokemiska grunddata Termokemisk modellering Asktransformation och relaterade driftproblem Emissioner, aerosoler och hälsoeffekter Reaktormaterial och korrosion Processoptimering och systemintegration Torrefiering av biomassa Luleå tekniska universitet (LTU) Energiteknik vid Institutionen för Teknikvetenskap och Matematik I forskningsämnet Energiteknik bedrivs utbildning och forskning i energiteknik. Forskningen i ämnet är indelad i områdena termokemisk energiomvandling och processintegration/systemanalys. I forskningsverksamhet kombineras arbeten på system- /komponentnivå med detaljerade studier inom energiomvandlingsprocessen. Forskningen drivs ofta i samarbete med företag och andra intressenter och kanske framförallt, tillsammans med 9

16 kollegor från industri, olika universitet och forskningsinstitut. Inom området Småskalig värmeförsörjning med biobränsle bedrivs arbeten på såväl system- och komponentnivå som på delprocessnivå. Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) Energiforskning bedrivs inom SLU vid ett flertal institutioner i Alnarp, Uppsala och Umeå. Nedan redovisas några av dessa forskningsområden: Teknik för uthålliga bränslesystem samt säkra återföringssystem för växtnäring och organiskt material. Hållbar odling av grödor för biogasproduktion. Teorier och metoder för energieffektiva och miljövänliga tekniska lösningar för nyttjandet av skogsbränsle med genomtänkt logistik. Pelleteringsråvaror, pelleteringsprocessen, pelletskvalitet samt on-line teknik för realtidskaraktärisering av snabba flöden av biomassa. Uthållig produktion av vedbiomassa, framförallt för energiändamål. BTC- Biobränsletekniskt Centrum BTC är en forsknings- och undervisningsanläggning belägen i anslutning till SLU i Umeå för att studera integrerade kedjor av energigrödor. Detta inkluderar odling, hantering, biobränsleförädling till briketter, pellets och pulver samt förbränningsstudier i pannor med effekter mellan 100 och 1000 kw. Anläggningen har en bränslefabrik för pelletproduktion och en pannanläggning. Chalmers Tekniska Högskola (CTH) Avdelningen för Energiteknik Avdelningen för energiteknik har lång erfarenhet av forskning och utveckling inom energiomvandling och energisystem. Forskningen vid avdelningen är indelad i områdena energiomvandling, uthålliga energisystem och energisystemteknik. Forskningen är inriktad mot förbränning och dess miljöaspekter, avskiljning av koldioxid i förbränningsprocesser och mot olika energisystemsfrågor. Forskningsprojekten bidrar till att finna vägar för att utveckla och effektivisera energianvändningen, nationellt såväl som internationellt, samt att medverka till att reducera energisektorns miljöpåverkan. Vi deltar i ett stort antal nationella och internationella projekt. Verksamheten vid Energiteknik spänner över ett brett fält och behandlar en rad frågeställningar inom energi- och miljöområdet. Forskningen är uppdelad i tre huvudområden: Energiomvandling Uthålliga energisystem Energisystemteknik 10

17 Detta innebär: Såväl teoretiska som experimentella studier av olika typer av förbränningsförlopp; bränslenas omvandling, värme och massöverföring samt avgång av ämnen som bildar för omgivningen skadliga emissioner Studier av bränslens beteende i olika förbränningsanordningar; fast eller fluidiserad bädd eller i suspension; fluiddynamik och kopplingen mellan fluiddynamik och förbränning Forskning knuten till Chalmers Kraftcentral Koldioxidfri förbränning och koldioxidseparation m h a metoderna tvåstegsförbränning och O 2 /CO 2 -förbränning System för avskiljning, transport och lagring av koldioxid Energisystemsforskning med inriktning mot modellering av komplexa energisystem, studier av tekniskt lärande inom energisektorn, energisystemets infrastruktur, energipolitiska styrmedel och utveckling av beslutsstöd för energipolitiska aktörer Fjärrvärmesystem System för återvinning av energi och material från avfall Energitekniskt Centrum i Piteå (ETC) ETC är ett forsknings- och utvecklingscentrum inom förbrännings-, förgasnings- och bioraffinaderiteknik med fokus på förnyelsebara bränslen. ETC har personal med bred och djup kompetens, avancerade mätinstrument och beräkningsverktyg som används för att hitta tekniskt, ekonomiskt och miljömässigt optimala lösningar inom bioenergiområdet. ETC arbetar tillsammans med offentlig sektor, akademiska institutioner och företag både i långsiktiga forskningsprojekt och direkta uppdrag. ETC har t ex resurser att i) experimentellt studera askrelaterade driftsproblem för olika förbränningstekniker (fast och fluidiserad bädd samt pulverförbränning) och ii) studera aerodynamiken och förbränningsprocessen i förbränningsanläggningen med hjälp av avancerade strömningsberäkningar (CFD). Karlstads universitet Inom forumet ENSUS vid Karlstads universitet finns mer än femtio personer som arbetar med forskning eller grundutbildning kring energi. I den närliggande regionen finns en mångfald företag som är verksamma inom energibranschen eller för vilka energifrågorna har stor betydelse. Ett viktigt skäl att inrätta forumet är att främja samverkan, både internt och med näringsliv, myndigheter m.fl. i det omgivande samhället. Forskningsområden redovisas nedan: Skogsindustriell förädling och energiteknik - Torkning av biomaterial Effektivare energiteknik i byggnader och industriella processer Förnybara energisystem och deras miljöpåverkan Kungliga Tekniska Högskolan Avdelningen för Kemisk Teknologi Forskningsarbetet vid avdelningen för Kemisk Teknologi är inriktat mot kemisk omvandling av energi och materia. Fokusområden är: 11

18 Bränslekemi och -teknik Förgasning av biomassa Elektrokemisk energiteknik Processanalys Nanoteknik Katalys och katalytiska processer Avdelningen för Kraft och Värme Vid avdelningen för Kraft- och värmeteknologi bedrivs forskning inom området polygenerering (kombinerad produktion av el, värme, kyla, rent vatten, bränslen, etc.), stationära flöden och aeroelasticitet i turbomaskiner, samt användning av biobränslen i gasturbincykler (förgasningsoch förbränningsteknik). Avdelningen för Energi- och Ugnsteknik Avdelningen arbetar aktivt med olika aspekter av energiomvandling i syfte att minimera miljöpåverkan. Med nära samarbete med olika branscher och myndigheter bedriver avdelningen för Energi- och ugnsteknik forskning inom bl a följande områden; högtemperaturförbränning, förgasning, avfallsförbränning, energieffektivisering och processmodellering. Linnéuniversitetet i Växjö Vid Avdelningen för bioenergiteknik bedrivs utbildning och forskning inom förnybar energi och miljöteknik med särskild inriktning mot teknik som baseras på biobränslen. Forskning bedrivs inom bl.a. inom biogas, fordonsbränslen och kemikalier från skogsråvara, utsläpp och rening av rökgaser och nya industritillämpningar för biobränslen. EU-projektet CHRISGAS koordineras från Växjö universitet och syftar till att producera fordonsbränslen från biomassa. Lunds universitet Ergonomi och Aerosolteknologi vid institutionen för Designvetenskaper Forskningen är inriktad på aerosoler i olika slags miljöer med olika problematik: arbetsplatser, inomhusmiljöer, utomhusmiljöns (trafik och energiproduktion). Även grundläggande studier av aerosolsystems fysiska och kemiska egenskaper samt utveckling av mätteknik för aerosolkaraktärisering samt hur partiklar interagerar och deponeras i människors andningsvägar. Kärnfysik (aerosolfysik) vid institutionen för Fysik Aerosolfysikgruppen har ett mycket nära samarbete med aerosolgruppen vid Ergonomi och aerosolteknologi (EAT) och har ett brett spektrum av multidisciplinära projekt med speciellt fokus på klimat och hälsa. Fokus är på atmosfärsaerosoler på både global/regional skala och i urban miljö. Inom området urban luftkvalitet ingår bl a studier av emissioner från trafik och biomassaförbränning. Institutionen för Energivetenskaper Institutionen för Energivetenskaper benämndes fram till 1 juli 2005 Värme- och kraftteknik. Forskningsmässigt är institutionen indelad i fem avdelningar; 12

19 Energihushållning: Fokus på fjärrvärme, energihushållning, energiplanering Kraftverksteknik: Fokus på cykelanalys, förbränningsteknik (främst gasturbiner), turbomaskiner Förbränningsmotorer: Fokus på fordonsmotorer Strömningsteknik: Fokus på motorer. Ett projekt på området fastbränslepannor Biomassa Combustion in Grate Fired Systems med fokus på matematisk modellering av bränslebäddar. Värmeöverföring: Fokus på bränsleceller, framdrivning och gasturbiner Tidigare och pågående forskningsprogram och annan relaterad verksamhet Beskrivningen av pågående och planerade FoU-arbeten begränsades till området förbränningsanläggningar < 20 MW med inriktning på nya bränslekvaliteter. Beskrivningar har hämtats från deras egna hemsidor och genom projektgruppens egna kontakter. Det finns inom Sverige ett antal program som på olika sätt har erfarenhet och kompetens inom området förbränningsanläggningar < 20 MW med inriktning på nya bränslekvaliteter. Dessa forskningsmiljöer listas här med en kort beskrivning. Beskrivningarna är i huvudsak hämtad från egna hemsidor och inga försök har gjorts att värdera eller rangordna mellan de olika aktörerna. PannVäx Utveckling av mindre biobränsleeldade kraftvärmeverk Under 2009 arbetade Chalmers Energiteknik med ett förslag på ett program med namnet PannVäx Utveckling av mindre biobränsleeldade kraftvärmeverk. Programmet var inriktat på utveckling av kraftvärmeverk i området 2-20 MW, ett segment som idag domineras av hetvattenproduktion. Visionen var att bidra till maximalt utnyttjande av potentialen för elproduktion inom existerande och framtida biobränsleeldade värme- och kraftvärmeanläggningar i Sverige. Målet var att bygga teknik och kompetens och bestod av en del inriktad på industriell branschforskning och en del inriktad på forskning på universitet/högskola/institut. Programförslaget togs fram i samverkan med Energimyndigheten. Energimyndigheten informerar idag om att den forskningsinriktade delen fördes över till Cecost men fick inte finansiering. Den industriellt inriktade delen ses som ett bra arbetsmaterial för ett eventuellt framtida program men ingen driver detta arbete under hösten ERA-NET Bioenergy Energimyndigheten deltar i ERA-NET Bioenergy som är ett nätverk mellan forskningsfinansiärer i tio europeiska länder. ERA-NET står för European Research Area Network. ERA-NET Bioenergy s arbete handlar om samarbete mellan forskningsfinansiärerna och går ut på att koordinera medlemsländernas arbete med bioenergirelaterad forskningsfinansiering. Målet är att öka kvaliteten och kostnadseffektiviteten på de nationella bioenergirelaterade forskningsprogrammen. Utöver Energimyndigheten deltar myndigheter och organisationer på bioenergiområdet från Danmark, Finland, Frankrike, Holland, Irland, Polen, Storbritannien, 13

20 Tyskland och Österrike. Det administrativa arbetet med ERA-NET Bioenergy finansieras av EUkommissionen. ERA-NET Bioenergy delar in sitt arbete i s.k. gemensamma arbetsprogram. Fyra av dessa gemensamma arbetsprogram har resulterat i utlysningar om forskningsmedel; Small Scale Combustion, Gasification Gas Cleaning, Short Rotation Coppice, Clean Combustion. En viktig del inom ERA-NET är att internationella forskningsgrupper kan bildas genom koordinerade utlysningar mellan medlemsländerna. Inom det pågående programmet Clean Combustion deltar Sverige inom två projekt; BioHealth och FutureBioTec. Programmet pågår och behandlar anläggningar < 20 MW. Projektet FutureBiotec omfattar fem arbetspaket varav ett fokuserar på reduktion av PM och NOx i automatiska anläggningar genom primära åtgärder, relevant för närvärmeområdet. Inom projektet BioHealth är syftet bl.a. att generera ny vetenskapligt underlag för bedömning av potentiella hälsoeffekter relaterade till olika förbränningstekniker och biobränslen med relevans för den småskaliga marknaden. Värmeforsk Värmeforsk är ett samarbetsorgan för energi-, process- och tillverkningsindustri, inräknat skogsindustrin och energikonsulterna. Verksamheten är öppen för alla aktörer och det grundläggande syftet är att bedriva utvecklingsarbete för en effektiv samverkan mellan forskning, teknisk utveckling och tillämpning. Forskningsverksamheten i Värmeforsk finansieras gemensamt av näringslivet och staten, det senare via Energimyndigheten, och näringslivet bidra ofta med 60 % och Energimyndigheten med 40 % av tillgängliga medel. Värmeforsks verksamhet bedrivs dels i basprogram, dels i tillämpade program. Basprogram Basprogrammet omfattar energiproducenter > 2 MW. Resultaten från forskningsprojekten ska vara tillämpbara inom 5-7 år. Basprogrammet omfattar: Anläggnings- och förbränningsteknik med fokus på att effektivisera och förbättra produktion av kraft och värme ur miljömässig, teknisk och ekonomisk aspekt, Processtyrning med fokus på att utveckla styr-, optimerings- och övervakningssystem för olika processer och varierande bränslen, Material- och kemiteknik med fokus på hur bränsleval och konstruktionslösningar påverkar materialen exempelvis vid högre ångdata i pannor eller högre förbränningstemperaturer i gasturbiner, Systemteknik med fokus på att utveckla energisystemlösningar ex nya koncept och råvaror och energikombinat. Tillämpade program Värmeforsk har flera tillämpade program. Under hösten 2010 kommer en ansökan att lämnas till Energimyndigheten om ett tillämpat Branschforskningsprogram som till stora delar liknar det som tidigare var känt som TPS Branschforskningsprogram. Det är planerat att löpa under 3 år och omfatta 25 Mkr, 60 % från branschen och 40 % från Energimyndigheten. Verksamheten 14

21 kommer att vara branschnära och projektens resultat ska kunna implementeras inom 1 år och demonstreras inom 3 år. Deltagande industri kommer att ha stort inflytande över inriktningen på projektet. Programmet ska fylla en funktion som diskussionsforum och nätverk för deltagarna, ett behov som framförallt finns hos de mindre energiverken som inte har så stora resurser för egen FoU. Konsortium Materialteknik för demonstration och utveckling av termiska energiprocesser, (KME) Den långsiktiga visionen med programmet är att med materialteknisk utveckling som bas höja elverkningsgraden och totala effektiviteten vid användandet av förnybara bränslen i termiska energiomvandlingsprocesser. Syftet är att effektivt kunna producera el och värme med hög bränsleflexibilitet, minimal miljöpåverkan, bra dellastegenskaper med ett begränsat värmeunderlag. Programmet ska bidra till att bygga upp kunskaper så att utformning av termiska processer, såväl processtekniskt som val av material, för olika energitillämpningar underlättas genom förbättrad kompetens, utvecklade metoder och nya verktyg. Programmet har för programperioden en tydlig fokusering på förbränning med en effektiv ångturbinprocess. Programmets verksamhet ska också bidra till att effektivisera elproduktionen från förnybara bränslen i termiska processer. Tillämpningarna finns på både fastbränslepannor med ångturbiner samt gasturbiner. Programmet pågår med en budget på 103 Mkr varav 40 % finansieras av energimyndigheten och 60 % av medverkande industri. Ett programområde är Effektivare elproduktion från förnybara bränslen där forskning sker inom tre huvudområden: Försöksverksamhet och demonstration, Forskning och utveckling samt Ekonomisk analys. Verksamheten täcker både biobränslen och avfall. Ett mål inom programperioden är att ta fram underlag för en demonstrationsanläggning 2017/2018 med 3-4 % högre elverkningsgrad än dagens. Nationellt Kompetenscentrum för Högtemperaturkorrosion (HTC) HTC är ett centrum för forskning om högtemperaturkorrosion med inriktning på förståelse av grundläggande fenomen och samband. HTC tar även ansvar för utbildning inom området. Visionen är att bidra till att lösa ett antal högtemperaturkorrosionsproblem som begränsar utvecklingen av mer energieffektiva och miljövänliga processer och tekniker. Programmet pågår HTC finansieras av industribidrag med 35 %, insatser från högskolor och institut 33 % och Energimyndigheten med 33 %. Tillämpningarna för forskningen inom HTC finns inom en rad teknikområden: Elproduktion ur biobränsle och avfall Förgasning av biobränsle och avfall Gasturbiner för högre tillförlitlighet och större bränsleflexibilitet Högtemperaturmaterial i processindustri och hushållsapplikationer Småskalig eldning av biobränslen, till exempel träpellets, för uppvärmning System för efterbehandling av dieselavgaser Fastoxidbränsleceller (SOFC). 15

22 Bioenergigruppen i Växjö AB Nationellt Kompetenscentrum Bioenergigruppen i Växjö AB ägs av Växjö Energi AB (VEAB), E.on Värme Sverige AB, Hotab Eldningsteknik AB, Järnforsen Energisystem AB och ÅF Consult AB. Samverkan sker med Linnéuniversitetet via en teknisk kommitté där förutom ägarna och Linnéuniversitetet, Affärsverken Karlskrona och Energikontor Sydost deltar. Företaget startades 1996 och inriktningen har sedan dess varit: Utveckling av kunskap avseende biobränsleeldade värmeanläggningar med inriktning på förbrännings- och miljöprestanda inom effektområdet 500 kw till 10 MW Studier av utsläpp av små partiklar och dess påverkan på hälsan Utbyggnad av miljövänliga biobränsleeldade anläggningar i regionen Utveckling av teknik för tillvaratagande och förädling av biobränsle Samverkan kring affärsutveckling inom bioenergiområdet Samverkan och stöd till uppbyggnad av Klimatcentrum i Växjö Företaget stöder även utbildning inom energi- och specifikt bioenergiområdet på gymnasienivå, KY/YH och universitetsnivå. 3.2 Intervjuer Bränsleproducenter Enkät och intervjusvar Frågeformuläret som anpassats för bränsletillverkare skickades till 16 av Sveriges största bränsleföretag. Av dessa svarade nio stycken där samtliga var helt eller delvis pelletproducenter. Ett av företagen intervjuades för ytterligare information. Vidare ingår synpunkter från diskussioner vid Pelletplattformens workshop i Norrsundet/Gävle den oktober I Tabell 2 sammanfattas vilka bränslen som används idag samt en bedömning av situationen om 5-10 år. Bränslen och bränslekvaliteter idag Spån från sågverk är den dominerande bränsleråvaran hos samtliga tillfrågade producenter; för tre företag är det den enda råvaran. Bark används i hög grad av fem producenter. För sex producenter ingår även olika typer av oförädlade skogsbränslen i högre eller mindre grad i bränslesortimentet. Tre av producenterna använder idag olika typer av odlade energigrödor i mindre grad, medan ett företag använder restprodukter från jordbruket och industrin i mindre grad. Samtliga företag som svarat på enkäten tillverkar idag pellets av träspån, varav en endast i mindre skala. Tre av dessa tillverkar även pellets av annan råvara, varav en i högre grad. Fem producenter tillverkar briketter av träspån; tre i mindre grad och två i högre grad. Fyra av dessa producerar även briketter av annan råvara, varav en i högre grad. 16

23 Tabell 2. Antalet företag av de som besvarat enkäten som producerar, hanterar eller använder specificerade bränslen idag samt en bedömning av situationen om 5-10 år. Produktion/hantering om 5-10 Produktion/hantering idag år Typ av bränsle I mindre grad I hög grad I mindre grad I hög grad Oförädlade skogsbränslen Skogsflis (GROT) från avverkning Stubbar (från avverkning) Gallringsvirke Stamflis Biprodukter från massaindustri och sågverk Bark 5 5 Spån 9 9 Odlade energigrödor Salix 3 5 Rörflen 2 3 Vallgröda 1 3 Jordbrukets restprodukter Halm 1 3 Spannmålskärna 1 3 Restprodukt från industri Lignin Hydrolysrester Förädlade bränslen Pellets av träspån Pellets av annan råvara Briketter av träspån Briketter av annan råvara Anna råvara Torv 1 1 Torrflis 1 1 Kutterspån

24 Förväntade bränslen och bränslekvaliteter om 5-10 år Två av bränsleproducenterna bedömer att träspån kommer fortfarande att vara den enda råvaran om 10 år. Användningen av bark bedöms vara oförändrad. Av de företag som idag producerar/använder/hanterar oförädlade skogsbränslen, gör huvuddelen bedömningen att användningen kommer att öka. Detta gäller framförallt grot och stubbar från avverkning. Tre av producenterna bedömer att användningen av odlade energigrödor kommer att öka medan två företag förväntas öka användningen av restprodukter från jordbruk och industri. Vad gäller förädlade bränslen så gör 3 företag bedömningen att produktion av pellets från annan råvara kommer att öka. Områden där det finns hinder och kunskapsbrist och där FUD-insatser behövs Pellets: Förbehandling av råvara för förbättrad kvalitet och minskad energiåtgång Bättre livslängd på matriser och rullar Förbättrad lagringsteknik för minskad värmeutveckling och risk för självantändning Fraktionsstorlekens betydelse för kvalitet och energiåtgång Olika pelletråvarors egenskaper m a p pelletkvalitet och pelleteringsegenskaper Optimal distribution av pellets till kund Standardiserade metoder för kvalitetsbestämning Oförädlade skogsbränslen: Hantering för minskade föroreningar Skördeteknisk utrustning för stubbar Odlade energigrödor: Förbränningsegenskaper Skördeteknisk utrustning för salix Vilken typ av insatser behövs? Grundläggande forskning/kunskapsuppbyggnad: Forskning med syfte att utveckla förbehandling av bränsleråvaran, karakterisering av bränslenas egenskaper m a p förädling och förbränning samt utveckla recept för optimal pelletskvalitet. Teknisk utveckling: Styrning av torkning och additivtillsatser m h a återkoppling av on-line mätning av bränsleegenskaper, nya beredningstekniker för bränsleråvaran samt utveckling av utrustning för pelletering och kylning. Demonstration av koncept nära marknaden : Visa på bra exempel vad gäller prestation och funktion för förbränningsutrustningar. På vilket sätt vill ni delta i kommande FUD-program? Samtliga sex som besvarat frågan är positiv till att delta i referensgrupp. Samma gäller deltagande med egna insatser i utvecklingsprojekt både vad gäller tillsammans med forskare och andra i branschen, som tillsammans med enbart forskare. Fyra av de sex som svarat kan tänka sig delta med egna insatser i demonstrationsprojekt. Ett av företagen är inte villig att delta i områden av specifik karaktär p.g.a. patent, etc; däremot inom generella områden. 18

25 Framgångsrika samarbetsformer: Att gemensamt med hela branschen jobba fram bra lösningar genom samverkan. Ett exempel är samarbetet mellan PiR och SLU inom Pelletsplattformen Sammanfattning - Bränsleproducenter Den närmaste tiden tycks uppvisa ett antal utvecklingstrender: Mindre pelletföretag får det svårare i konkurrensen, p.g.a. försäkringsproblem. Konkurrensen om den inhemska spånråvaran ökar. De största pelletsfabrikerna i världen blir allt större och internationellt aviseras byggande av fabriker i miljontonklassen i råvarurika länder som Brasilien och Ryssland. När dessa planerade fabriker färdigställts kommer prispressen att öka ytterligare, speciellt i Europa. Höga och varierande elpriser medför att effektivisering av produktionen blir allt viktigare. Forskning kring mindre elintensiva processer ökar även för att kunna öka produktionen per insatt elenergi. FoU-arbetet inom Pelletsplattformen har innan det avslutats: Tagit fram industrirecept för pellets av rötved och energived (dessa recept tillämpas redan av flera fabriker). Optimerade industrirecept för pellets av spån och rötved. Optimerade industrirecept för pellets av energived med bark (tall, gran, björk). Indikerat 5-10% högre produktivitet, tack vare 5-10% lägre elförbrukning och nära 2 % ökad produktivitet med bibehållen eller förbättrad pelletkvalitet. Resulterat i fler tillämpade on-line modeller för styrning av bl.a. extraktivämne och askhalt. Ur forskningsaspekt medfört förbättrad teoribildning t.ex. om betydelsen av extraktivämnens konkurrens i kemiska bindningsställen Utrustningstillverkare Utrustningstillverkarna intervjuades vid besök (7 st) och via telefon (2 st). Nedan sammanfattas resultatet från enkätsvaren och de diskussioner som uppstod i samband med intervjuerna Enkät och intervjusvar Bränslen idag och om 5-10 år Oförädlade skogsbränslen och biprodukter från massaindustrin dominerar idag och tros även dominera om 5-10 år, dock med ett ökat inslag andra fraktioner som stubbar och gallringsvirke som inte är så vanliga idag. Flera av företagen har erfarenhet av odlade energigrödor, men endast ett företag tror att användningen kommer att bli betydlig, och då av rörflen. Ett företag tror att salix kommer att eldas, men i mindre grad. Flera av företagen har erfarenhet av pellets och briketter av annan råvara än träspån, men om 5-10 år tros träspån vara den dominerande råvaran. Bland restprodukter från industrin och annan råvara finns idag erfarenhet av biooljor, returbränslen-rt-flis och rens från kaffe och vinplantor, avrens och torv. Om 5-10 år tror man 19

26 att returbränslen-rt-flis och även grön grot kommer att vara bränslen som används i högre grad. Därutöver finns en flora av förslag på bränslen som kan komma att användas (se Tabell 3). Områden där det finns hinder och kunskapsbrist och där FUD-insatser behövs Marknad: Närvärmemarknaden kommer antagligen att fortsätta att öka, speciellt mindre industripannor för spetslaster där olja används idag. Inom snar framtid kan skattelättnaderna på olja försvinna och därmed blir ett byte för dessa oundvikligt. En av de stora utmaningarna blir att börja jobba med emissionskrav. Det kommer nya brännare som klarar framtidens emissionskrav, idag funkar det dock inte. I Sverige har vi kommit långt men i Norge t.ex. vet man ingenting. Betalningsviljan hos kunden är för dålig, man köper billig och enkel utrustning som sedan inte klarar de bränslen man köper in. Ett lågt bränslepris bör kunna motivera ett högre serviceåtagande (ex byte av tubpaket, rost etc). Kommunikationen mellan olika aktörer: Mellanhänder i form av transportörer av pellets eller lokala installatörer och bränsleleverantörer deltar inte i kvalitetsdiskussioner och information från kunden kommer inte alltid tillbaks till de som tillverkar bränslen och förbränningsutrustning. Erfarenhet av vilka bränslekvalitéer som fungerar till vilken teknik kommuniceras inte mellan utrustningstillverkare och bränsletillverkare. Framtida bränslesortiment: Den stora frågan är vilka bränslen som kommer att användas om 10 år? Grundtipset är att bränslesortimentet troligen inte kommer att ändras särskilt mycket de kommande 10 åren. Fuktiga bränslen kommer att vara attraktiva pga sitt pris. Bränsleegenskaper av betydelse för materialegenskaper, som innehåll av alkali, redovisas inte idag. I segmentet < 5 MW är det svårt att konkurrera med utländska tillverkare om pris då besvärliga bränslen (fuktiga, varierande fraktionsstorlek, kontaminerade, höga askhalter) används. Utmaningen ligger i att göra tillförlitliga konstruktioner som ger hög drifttillgänglighet för sämre bränslen. Tillgången på restprodukter kommer antagligen att styra bränsleanvändningen. Det kommer antagligen att bli lokalt tillverkade bränslen. Transport (export) av förädlade produkter från förgasningsanläggningar kan bli aktuellt. En global handel med råvaror är mindre trolig. I framtiden blir det mycket spannmål och pelleterad energiskog. Pellets kan gå till 1,5 MW och ännu större pannor också. Klassificering och kvalitetssäkring av nya bränslesortiment: Det krävs bättre klassificering av bränslen och kvalitetskontroll behövs för flertalet bränslen. Det finns stort behov av att klassificera bränslen så att man vet vad man köper samt att användarna och panntillverkare är överens om vilket/vilka bränslen pannan är avsedd för. Metoder för kvalitetssäkring bör utvecklas, exempelvis on-line mätning av parametrar vid bränsletillverkning och vid förbränning. För att förhindra problem med slaggning, material och korrosion behövs kvalitetskriterier och kunskap om hur bränslen kan blandas eller hur additiv kan användas. Hög tillgänglighet kräver koll på bränslet. Viktiga parametrar är både ask- och fukthalt. 20

27 Tabell 3. Antalet företag av de som besvarat enkäten som bygger pannor avsedda för specificerade bränslen idag samt en bedömning av situationen om 5-10 år. Användning idag Användning om 5-10 år Typ av bränsle I mindre grad I hög grad I mindre grad I hög grad Oförädlade skogsbränslen 1 Skogsflis (GROT) från avverkning 5 6 Stubbar (från avverkning) Gallringsvirke 5 6 Stamflis Biprodukter från massaindustri och sågverk 1 Bark 5 5 Spån Odlade energigrödor Salix 4 1 Rörflen 3 1 Vallgröda 1 Jordbrukets restprodukter Halm 1 1 Spannmålskärna 2 1 Restprodukt från industri 1 Lignin 1 Förädlade bränslen 1 Pellets av träspån Pellets av annan råvara 3 Briketter av träspån Briketter av annan råvara 1 Pulver 1 Annan råvara (beskriv) Bioolja 1 1 Avrens 1 Torv 1 1 Grön grot 1 Returbränslen-RT-flis 1 1 Fiberslam 1 Rens från kaffe, vinplantor 1 1 Snabbväxande gräs 1 Olivkärnor 1 21

28 Teknik för nya bränslesortiment: Idag saknas en fungerande förbränningsteknik för jordbrukets restprodukter. Pulvereldning bör kunna ha vissa fördelar då förbränningsutrustningen inte direkt påverkas av bränslenas besvärliga egenskaper; däremot krävs helt nya utformningar av förbränningsrummet för att kunna hantera slaggande bränslen och bränslen med höga N- halter. På grund av den inhomogena karaktären hos jordbruksbränslen bör målet vara att försöka få fram en robust och förlåtande teknik hellre än att försöka få fram ett bränsle med goda egenskaper. All erfarenhet pekar på att det är den mest hållbara vägen eftersom bränslefördyringen genom någon form av raffinering kommer att bli ett dyrare alternativ. Detta är intressant för användare av mindre utrustning. En pulverbrännare kan vara en komponent i en sådan lösning. För pulverbrännare där ju ofta pellets eller briketter är ett dominerande bränsle (transportkvalitet) skulle en övergång till billigare pelletskvaliteter med till exempel hög barkinblandning vara en intressant utveckling. Idag funkar inte det bränslet något vidare då sand mm i barken sliter kvarnar och sållplåtar alldeles för mycket. Barkinblandningen kan också ge en del mer problem med påslag vilka möjligen kan motas med additiver. Hitta kostnadseffektiv teknik för bränsleberedning och eventuellt minskning av slaggbenägenheten är något som skulle gynna både användare och utrustningstillverkare och givetvis i slutändan värmekonsumenten. Lagring, hantering och sönderdelning: Utrustning för lagring och sönderdelning måste byggas med hänsyn till de krav specifika bränslen ställer. Vissa bränslen sliter mycket på utrustningen, speciellt om de innehåller föroreningar. Inmatning och blandning: Bara tillverkaren vet vilka krav som ställs så kan de bygga fungerande utrustning. Vissa bränslen kräver inblandning av träspån för att exempelvis upprätthålla en glödbädd. Inblandning i pellets sker med fördel redan vid pellettillverkningen. Slaggning och beteende på rost: Ger tillsammans med påslag/materialproblematik/korrosion flest kommentarer. Många bränslen har låg smältpunkt och slaggar, askan tenderar att bli kvar på rosten. Även föroreningar i bränslet kan ge problem. Andra ger en fluffig glödbädd som bygger bryggor och kräver omrörning för att fungera hyfsat. Vissa bränslen har svårt att brinna ut och CO-halterna blir höga. Agrobränslen har många frågetecken, men även olika kvalitéer av skogsbränslen kan vara besvärliga Påslag, materialproblem och korrosion: Ger tillsammans med slaggning/beteende på rost flest kommentarer. Påslag och korrosionsproblem förekommer både i konvektionsdelar och i överhettaredelar. Frågetecken finns kring föroreningar från transporter, varierande kvalitet hos vissa bränslen samt nya bränslen där erfarenheterna är få. Även relativt "snälla" bränslen som flis och salix ger ibland påslag. Tryckkärl klarar sig bra mot korrosion och har generellt långa liv. Material i konvektionsdelar kan anpassas för att motstå, dock vanlig förslitning. Materialproblem i pannan är också en utmaning. 22

29 Askhantering: Askhantering nämns av flertalet tillverkare som problem. Vissa bränslen ger slaggbitar som ställer högre krav på askskruvarna. Askan kan vara fluffig, eller kletig och bygga bryggor. Frågan uppstår också om hur stora askmängder ska sluthanteras. Emissioner och rening: Utsläpp av NOx och partiklar nämns av flera som potentiella problem. Det behövs en kartläggning och dokumentering av utsläpp av stoft, CO och NOx från både torra och fuktiga bränslen i dagens mindre anläggningar. Emissionskraven är idag låga och kommer troligen att skärpas. Vid rökgaskondensering kommer kraven på rening av kondensatet att skärpas. Hur lågt kan man komma med enbart primära metoder ex för NOx-reduktion (rökgasrecirkulation och luftfördelning)? Rena rökgaser är utmaningen (inte matarsystem). Framtida krav från myndigheter: Det finns frågetecken både kring hur bränslen kommer att klassificeras och kring kommande lagar och förordningar kring hantering, brandskydd, transport, utsläpp etc. Man tror att utsläppskraven för partiklar kommer att skärpas vilket kommer att motivera rökgasrening även för mindre anläggningar. Okunskap hos miljö- och hälsoskyddsförvaltningar på kommunal nivå ses som ett problem. Returbränslen är intressanta men det finns frågetecken om hur de ska klassificeras: som avfall, samförbrännings eller biobränsle. Viktigt att myndigheter ställer realistiska krav. Balansera miljökrav mot prestanda och faktisk nytta (t ex NOx och partiklar). Annat: Vissa bränslet luktar, beroende på kvalitet och förbehandling. Andra kan ge upphov till arbetsmiljöproblem exempelvis mögel. Vilken typ av insatser behövs? Flera kommenterar att alla tre områdena grundläggande forskning, teknisk utveckling och demonstrationer är viktiga. Grundläggande forskning/kunskapsuppbyggnad: Forskning med syfte att mäta bränsleparametrar som alkali on-line, att öka kunskapen kring hur additiv kan påverka asksammansättning, hur NOx kan reduceras exempelvis med urea, att utveckla slaggkriterier, att sänka emissioner, att få en bra arbetsmiljö. Teknisk design anpassat för olika bränslen och blandningar: För att klara lite torrare bränslen utan att det krävs vattenkylt rost behövs mer kunskap om materialval (keramer?) Pulvermetaller?). Det behövs utformning av förbränningssystem och styrning anpassade för olika bränslen. Ett styrsystem som både har koll på förbränningsförloppet och kvalitén hos ingående bränsle samt emissioner skulle ge en panna med ett stort bränslespann. Hela branschen behöver helautomatiska system med billiga bränslen i pelletsform. Automatik för att slippa betala löner och billiga pellets för enkelt handhavande. Man vill alltså skära ner på rörliga kostnader. Identifiering av rätt bränsle till rätt användare. Demonstration av koncept nära marknaden : Sotningsfria pannor. Kraftvärme med bl a ORC med RT-flis. Introduktion av åkerbränslen. Tillförlitliga konstruktioner som ger hög drifttillgänglighet för sämre bränslen bl a vad gäller slaggproblem. Det behövs medel för att 23

30 demonstrera ny teknik. Branschen kan inte med egna medel stå för denna teknikintroduktion. Beställaren behöver stöd vid introduktion av ny teknik. Demonstrationsprojekt med olika bränslekvaliteter för studier av emissioner och rostbeteende är viktigt. Både nya tekniker och demonstrationsprojekt på befintliga anläggningar är intressanta. Demonstration av småskalig kraftvärme och ORC. Kunskapsöverföring och utbildning: Överför kunskap om olika förbränningsegenskaper och den förbränningsteknik som finns tillgänglig idag till användaren. Gift samman brukaren, leverantören och bränsleleverantören! Förklara för omvärlden att det finns inga allbränslepannor! Utnyttja danska erfarenheter kring förbränning av agrara bränslen. Utbildning behövs även för de som installerar; alltför få är duktiga på att service. Erfarenhetsspridning av hur olika bränslen och mixar fungerar, vilka halter kan man blanda in av olika råvaror. På vilket sätt vill ni delta i kommande FUD-program? Delta i referensgrupp: Sex av nio svarar ja. Delta med egna insatser (personal eller utrustning) i utvecklingsprojekt: Flertalet är positiva till att delta i projekt, tillsammans med forskare i mer grundläggande studier, t ex kring slaggning, och i utvecklingsprojekt med både forskare och andra i branschen och även med användare. Man efterlyser ett forum för utbyte kring gemensamma frågor. Några har tidigare arbetat i kluster (industri, samhälle, universitet) tillsammans med Energikontor Sydost och upplevt det som positivt. Ett lokalt nätverk var smidigt, gav korta restider och lokal förankring. En del konkreta projekt fångades upp av projektledaren som slussade idéerna vidare. Man hade även upplevt det som positivt att nätverket gav en ökad kontaktyta mot användarsidan och mot Energimyndigheten. Flera kommenterade att det kan vara svårt att bidra med egna anläggningar då konstruktionstester i fält är kostsamma då de utförs hos kund. Om resultatet inte blir lyckosamt blir kunden missnöjd med kostnader som följd. Det kan också vara svårt att kyla bort större värmemängder hos en kund. Delta med egna insatser (personal eller utrustning) i demonstrationsprojekt: Två svarar ja. En tredje svarar: Har ej egna pengar men kan ställa upp med referensanläggningar och personella resurser, tillverka prylar i verkstaden eller exempelvis sätta in extra mätpunkter i ugnen vid tillverkningen. Framgångsrika samarbetsformer är: Referensgrupper med användare, tillverkare och forskare, demonstrationsprojekt, att jobba kundnära. Branschen är öppen för nya infallsvinklar. Företagen är små och det krävs att det finns en drivande kraft som kommer med förslag och samlar företagen mot ett må. Exempel är Bioenergigruppen i Växjö. Men marknaden är lite överetablerad i Sverige vilket medför att alla håller på sitt och det inte alltid är lätt att få igång samarbeten. 24

31 EU-projekt är bra eftersom företagen kan få kontanta medel att arbeta med, vilket inte varit fallet i tidigare Energimyndighetsprojekt Sammanfattning - Utrustningstillverkare I Sverige finns ett knappt 20-tal tillverkare av förbränningsteknik inom området 50 kw-20 MW. Det är ingen enhetlig grupp varken vad gäller företagsstruktur eller de produkter och tjänster de erbjuder. Det finns både mindre familjeägda företag och företag som är ingår i större industrikoncerner. Flertalet är huvudsakligen nischade mot typ av bränsle (fuktigt eller torrt, förädlat eller oförädlat), kundgrupp (sågverk, värme eller kraftvärme) eller effektområde, även om de oftast erbjuder pannor även för andra bränslen eller användningsområden om kunden önskar så. Flertalet företag har funnits länge. Det samlade intrycket av de utrustningstillverkande företagen är att konkurrensen och prispressen är hård, två företag gick t.ex. i konkurs under projektets gång. Trots en tuff marknadssituation är man optimistisk inför framtiden, behovet av närvärmepannor kommer att kvarstå. Man tror också på möjligheten att exportera, även om inte alla säljer på export idag. Bränslen idag och om 5-10 år: Det dominerande bränslet idag är oförädlade skogsbränslen och biprodukter från massaindustrin, vilket man tror kommer att kvarstå. Fraktioner som stubbar och gallringsvirke sägs öka i framtiden. Energigrödorna verkar inte lika trolig, till viss del dock rörflen och salix. Råvaran för pellets och briketter kommer fortsättningsvis att vara träspån. Bland restprodukter från industrin och annan råvara finns idag erfarenhet av flera olika bränslen, och man tror att man om 5-10 år kommer att använda en palett av restprodukter i mindre grad. Hinder och kunskapsbrist Kunskap om bränslet är en av de viktigaste förutsättningarna vid design av utrustning, bränslet kan anpassas för anläggningar men branschen bör veta vilka bränslen som blir aktuella Metoder för kvalitetssäkring bör utvecklas både vid bränsleberedning/tillverkning och vid inmatning till panna, kontrollen krävs för att möjliggöra hög tillgänglighet. Minimering av CO, stoft och NOx behövs, både primärt och sekundärt. Struktur för askåterföring behövs. Kunskapsöverföring är oerhört viktigt. Hela branschledet bör förstå problemen, forskare till konsumenter. Kommunikationen mellan bränsleproducent, tillverkare och användare bör definitivt förbättras. Askhantering bör klara större volymer, form och konsistens. Utrustning för lagring och sönderdelning måste kunna hantera slitsamma bränslen Vilken typ av insatser behövs? Flera av utrustningstillverkarna kommenterar att alla tre områdena grund-, tillämpad och experimentell forskning behövs. Som grundforskning nämns kunskap kring additiv, mätning av bränsleparametrar, reduktion av stoft och NOx, utveckling av slaggkriterier. 25

32 Som tillämpad forskning nämns styrning för enkelt handhavande och hög tillgänglighet, eldning av torra bränslen utan rostkylning, mer kunskap om material. I experimentell forskning kan emissioner och rostbeteende studeras för olika bränslekvaliteters. Andra lämpliga demonstrationsprojekt är sotningsfria pannor, kraftvärme med bl a ORC med RT-flis. Deltagande i kommande FUD-program: Majoriteten vill delta i både referensgrupper och projekt med andra i branschen och man anser att detta program skulle gynna svensk utveckling. Fördelningen mellan grund-, tillämpad och experimentell forskning bör vara lika, alla delar behövs Användare av bränsle (energibolag) Enkät och intervjusvar Utrustningstillverkarna intervjuades vid besök (7 st) och via telefon (2 st). Nedan sammanfattas resultatet från enkätsvaren och de diskussioner som uppstod i samband med intervjuerna. Bränslen idag och om 5-10 år Oförädlade skogsbränslen och biprodukter från massaindustrin dominerar idag. Oförädlade bränslen tror man kommer att dominera även om 5-10 år. Två av företagen har använt salix, och tre företag tror på en ökad användning av salix. Däremot har ingen noterat rörflen eller vallgröda som intressant i framtiden. Jordbrukets restprodukter använder man redan idag och tror på en utökad användning av. Ingen använder eller tror sig komma att använda restprodukter från industrin. Biooljor används som spetslast och ett av företagen tror på en fortsatt användning av olika kvalitéer av bioolja. Pellets och briketter av träspån samt pulver använder man idag och tror sig fortsatt komma att använda i hög grad. Bland övriga råvaror amvänder man flera redan idag, och tror på en ökad användning av torv, energived, bioolja, spannmålsavrens och palmnötskal. I Tabell 4 idag sammanfattas en bedömning av hur situationen ser ut idag och om 5-10 år. Kommentarer kring specifika bränslen: En av användarna framhåller torv som en resurs som är svår att utnyttja pga synen på torv som ej förnyelsebart. Finland har någon provat 15 mm pellets av torv som fungerade bättre än vanliga pellets. Dock bildas mycket slagg och även NOx ökar. Vi måste ha billigare bränslen. Energived: Energived kommer antagligen att bli ett stort bränsle pga effektivitet i uttag. GROT: Pellets av grot funkar inte p.g.a. slitage i pelleteringsutrustning (knivar, kvarnar ). Grot är mest för södra Sverige. Tillväxten i norra Sverige är för låg för att ge god ekonomi i uttaget. Flis: Flis kräver mer servicepersonal än pellets. Pellets kan gå automatiserat medan flis kräver ständig övervakning. Apoteksflis funkar nästan. Mikroflis kan vara intressant. Det kan innebära Tabell 4. Antalet företag av de som besvarat enkäten som använder specificerade bränslen idag samt en bedömning hur situationen ser ut om 5-10 år. 26

33 Användning idag Användning om 5-10 år Typ av bränsle I mindre grad I hög grad I mindre grad I hög grad Oförädlade skogsbränslen 1 Skogsflis (GROT) från avverkning Stubbar (från avverkning) 1 Gallringsvirke Stamflis Biprodukter från massaindustri och sågverk 1 Bark Spån Odlade energigrödor Salix Rörflen 2 Vallgröda 1 Jordbrukets restprodukter Halm 1 1 Spannmålskärna 1 1 Restprodukt från industri Lignin Hydrolysrester Förädlade bränslen Pellets av träspån 4 4 Pellets av annan råvara 1 Briketter av träspån Briketter av annan råvara 1 Pulver 2 1 Annan råvara (beskriv) Spannmålsavrens 1 1 Bioolja Energived 1 1 Torv 1 1 Palmnötskal 1 1 MFA (multifattyacids) 1 1 Orena dieselkvalitéer 1 Pulver 1 27

34 arbetsmiljöproblem att gå från torr pellets till blöt råvara (mögel). Den här branschen kräver nästan att man gör eget bränsle. Mellanhänder gör bränslet och totalekonomin för stor. Generella kommentarer: Billigare bränslen önskvärt! Dock billigare i hela ledet! Man följer noga vad som händer, och varje bränsle innebär nya frågor/problem! Oförädlade bränslen innebär en större investering än förädlade bränslen. Det är viktigt att ta hänsyn till att närvärmeområdet består av olika segment där behoven ser olika ut. Naturliga avgränsningar är kw, MW och 3-20 MW. En annan indelning utifrån bränsle kan vara: <200 kw pelletsbrännare <750 kw pellets-rostpannor, automatisk askutmatning 1-4 MW briketter >4-5 MW flis, oförädlade bränslen, fuktiga bränslen Områden där det finns hinder och kunskapsbrist och där FUD-insatser behövs Teknik för att kunna elda olika bränslen: Det finns behov av att kunna elda flis med större spann i fukthalt, %. Bränslet köps ofta lokalt och kvalitén varierar. Det måste vara enkelt att ställa om pannan till olika fukthalt under olika perioder av året. Man måste kunna variera torkzonen i pannan. Anläggningen måste i allt större omfattning tåla snabba variationer i bränslekvalitet. Styr och reglerteknik där förbränningsparametrar bör kunna ställas efter vilket bränsle som är på väg in. Intelligent bränslestyrning helt enkelt. Styr och regler verkar smartare att utveckla eftersom dagens pannor troligtvis inte kan förändras mycket. Regleringen (se tidigare). Automatik tvära kast i bränslevariationer, robusthet. Styr- och fjärreglering viktigt att jobba med! Viktig vid större variationer av bränslet, kanske över dygnet! Ny teknik för on-line styrning! NIR funkar inte idag tycker EON! Funderar på att använda bild- och ljudbevakning av processer för styrning! Flis, även salixflis, innehåller ofta skräp/jord/som hamnar i askhanteringen (ger problem i hela hanteringskedjan). Dagens pellets och briketter är homogena och ger inte problem. Högre askhalter kräver exempelvis grövre askskruvar. Redan idag får man vid köpet av en panna ofta kräva robustare detaljer t ex för askhantering. Åkerbränslen och salix kan ibland slagga, ex vissa åkerbränslen slaggar redan vid 850 C. Detta leder till igensättningar i konvektionsdelar och till korrosion. Teknik krävs för att hantera bränslen med låg smältpunkt och höga salthalter och korrosiva produkter. En enkel råvara som energived ger problem med sintring (stora stycken på rosten) men funkar bättre i pelleteringen. Risken för slagg i ugnen är överhängande och viktig att undvika. Risk för slaggning och påslag hos nya bränslen ger flest kommentarer. Vissa bränslen slaggar då de kontaminerats med sand och salt (gallringsvirke, flis). 28

35 Frågan om bränsle- kontra utrustnings-utveckling beror på om det nya bränslet bär sina egna kostnader! Hantering före och efter pannan är ej så svårt att lösa. Dock kan torv orsaka dammproblem. Inmatning i pannan ger flest larm. Även askutmatning ger många larm. Biooljor kan agglomerera om man blandar olika kvaliteter vid lagring. Oljorna ger även upphov till en sur miljö som ökar kraven på materialbyten pga korrosion. Kvalitetskontroller: Teknik finns ex fukthalt, vägning men blir dyrt vid de små anläggningarna. Om man kunde certifiera den våg som lastbilen har och mäta fukthalten på väg till värmeverket vore mycket vunnet. Material i rost: Material i rosten och väggarna varierar. Vissa håller bra och andra mindre bra. Stor variation mellan tillverkare. Kan leda till för täta materialbyten. Material är även ett viktigt problem. Främst en ekonomifråga. Är det värt med ett dyrare material? Materialfrågor i små- och mellanskaliga anläggningar! Emissioner och krav från myndigheter: Det krävs kostnadsreduktion, ev stöd, för investering i rökgasrening. Sämre bränslekvaliteter ger mer utsläpp. Det går att elda det mesta, men reningen är kapitalkrävande. Partikelutsläpp i Europa är ett mycket stort problem. Finns en stor marknad för pellets (bl a) i Storbritannien men rökgaserna börjar nästan jämföras med naturgas Kan blir hårda krav. Småskalig rökgasrening av NOx och partiklar är jätte viktigt. Här finns mycket teknikutveckling. Stora problem. Ett företag påpekar att de har jobbat med air staging för NOx reduktion men det var jättesvårt att förändra utsläppsnivåerna. Inga försök har dock gjorts med air staging för partikelreduktion. Pannbestånd: Gamla pannor finns kvar och kan inte bytas ut. Skaleffekter gör små pannor dyra. Svårt att få ekonomi i små pannor eftersom de kostar som stora men säljer smått. Kompetens hos driftpersonal: Driftspersonalens kunskap kunde vara högre. Utbildning av dem som driver pannor är viktigt! Betydligt mer komplext idag och större krav! Skördesystem för nya bränslen: Skördeteknik för salix som gör det möjligt att sträcka ut skördesäsongen över längre del av året. Vid milda vintrar kör maskinerna fast. Vid mycket snö eller mycket regn går det inte heller att köra. Kanske krävs en annan teknik än direktflisning. Karaktärisering och kvalitetssäkring av bränslet samt kommunikation mellan bränsleleverantör och användare: Kopplingen leverantörer+användare påpekas. Bränslekostnaderna ökar mest av alla kostnader och det är svårt att motivera en kostnadsökning åt kunden. Vi behöver alltså billigare bränslen?! Det borde finnas en kvalitetssäkring på bränsle. Användaren måste veta hur bränsle beter sig i panna och betala för det. Det betyder även att leverantören måste veta vad han säljer. Alltså, de måste jobba 29

36 närmare varandra så att båda parterna vet vad som köps/säljs. T.ex. kunde ett bränsle indikeras med smältpunkt för askan. Kvaliteten kan vara sämre än idag men den måste vara jämn. Rutiner, mätmetoder och kommunikation mellan dessa parter är mycket viktigt. Kommunikationen är även mycket viktig. Han tror att kunskapen finns men den måste paketeras bättre för industrin. För våta bränslen (ex flis och gallringsvirke) krävs aktiv fukthantering och kontroll av bränslefraktionsstorlek. De kräver även skivsåll vid inmatning i pannan. Pulver- maltekniken. Kvalitetssäkra fraktionsstorleken. Askåterföring: Askåterföring! Skulle behöva struktureras upp! Av miljöskäl!!! Askrelaterade frågor! Alltid en stor fråga som kommer öka i relevans! Idag finns inte så bra verktyg för att jobba med detta. Vilken typ av insatser behövs? Förbränningsegenskaper hos bränslen: Det krävs mer forskning kring förbränning olika typer av bränslen för att komma tillrätta med slaggning, påslag, korrosion, emissioner (rökgasrening). Det krävs pannor som klarar svårare bränslen utan ökade personella resurser. Idag är pannor anpassade för standardbränslen och måste modifieras för andra bränslen. Panntillverkarna hur inte resurser för forskning utan litar på att användarna anpassar sina anläggningar. Stor kompetensbrist hos panntillverkarna framförallt när det gäller icke-standardbränslen. Rökgasrening, emissionskrav: Ett bredare bränslespektrum kommer att kräva reningsanläggningar som kostar. Miljökraven på emissionerna är inte realistiska. Krav överförs från större anläggningar med andra förutsättningar. Är det lathet över ifrån? Han nämnde att gränsen idag är 35 mg/nm3, vilket är svårt att klara för mindre pannor. Henrik pratade även om farlighetsklasserna för partiklar. Är saltpartiklar lika farliga som sot? Ska miljökraven ta hänsyn till detta i så fall? Marknad: Ökad biobränsleanvändning kräver utbyggnad av fjärrvärmenäten. Sämre bränslen ställer högre krav. Det kommer att krävas stöd för att använda (och rena utsläpp från) ett bredare bränslesortiment i mindre anläggningar. Allmänt: Ugnarna är den stora kostnaden och därför bör de få finnas kvar. Allt kan inte bytas. Ackumulering av värme är viktigt för spetslasten. Spetslast för veckovisa köldknäppar behövs. Värmedriven kyla kan vara vettigt men fortfarande kostar det bränsle och en totalekonomi kan vara svår. Speciellt då utbytet kyla/värme är under 1. Kraftvärme är intressant. Finns planer på en ångskruv för småskalig elproduktion. Det är viktigt med många fullasttimmar för ett sådant system. Han menar även att andra system än traditionella ångprocesser är viktiga. Bränslekonkurrensen var tydlig enligt Henrik. Det behövs mera billigt bränsle. Apoteksflis är dyrt. Konkurrensen mat-energi kan även förändra användningen av åkerbränslen. 30

37 Askfrågan i alla aspekter! Bränslematning: Bränslematningsproblem då våta och torra bränslen används förekommer. Fukthaltsmätning: Fukthaltsmätningen är jätteviktig för att veta hur bränsleskruven ska dimensioneras. Man måste veta energimängden in. Henrik öppnade för att detta kunde vara ett typiskt utvecklingsprojekt. Hur ska vi mäta och återkoppla fukthalten på ett billigt sätt. Det behövs. Varierande fukthalter är svårt. Om fukten sjunker under ca 35 % blir det problem i pannan. Hur ska detta skötas i befintliga ugnar. Grundläggande forskning/kunskapsuppbyggnad, teknisk utveckling och demonstration - alla delar behövs! Grundläggande forskning t.ex. angående anläggnings-/systemstudier rörande verkningsgradshöjande åtgärder (tex rökgaskondensering ) för mindre anläggningar. Materialfrågor (rosterstavar etc.) Lagringsaspekter -blandbarhet för biooljor Teknisk utveckling: Regleringen/Robusthet. Anläggningen skal bättre kunna tåla tvär kas/variationer i last, fukt och partikelstorlek (se tidigare). Behövs såklart på flera områden! Demonstrationer: Viktigt vid införande av nya bränslekvaliteer men glöm ej sedan bort behovet av kunskapsförmedlingen av det som demonstrerats) till andra kollegor i branschen t ex via workshops. Demoanläggning för pellets/pulver av åkerbränslen kan behövas. På vilket sätt vill ni delta i kommande FUD-program? Delta i referensgrupp: Fyra svarar positivt, dock med följande reservationer: Spännande, men organisationen är slimmad och just nu finns ingen finansiering avsatt. Bra men kräver lite letande. Det är dåligt förpackat många gånger. Antagligen är detta bästa sättet att börja men det kan med fördel även kombineras med utvecklingsprojekt. Delta med egna insatser (personal eller utrustning) i utvecklingsprojekt: Företaget har små anläggningar, det blir lätt problem om man vill testa något som ger störningar och stopp. Det är en bra form men administrationen är jobbig. Det är viktigt att forskare kommer och berättar om resultat till företaget. Få har tid att läsa rapporter. Delta med egna insatser (personal eller utrustning) i demonstrationsprojekt: Två svarar ja. En tredje svarar: Har ej egna pengar men kan ställa upp med referensanläggningar och personella resurser, tillverka prylar i verkstaden eller exempelvis sätta in extra mätpunkter i ugnen vid tillverkningen. Tillsammans med forskare och andra i branschen: Tillsammans med forskare och andra i branschen? Konkurrensen kan vara problematisk. 31

38 Delta med egna insatser (personal eller utrustning) i demonstrationsprojekt: Företagen utvecklar sina anläggningar, men satsar inte på helt nya koncept. Andra sätt: Kunskapsöverföring av de erfarenheter som finns hos företaget av att elda olika bränslen är möjlig. Framgångsrika samarbetsformer: Samarbeten med utrustningstillverkare Sammanfattning Användare av bränsle (energibolag) I Sverige är fjärrvärme utbyggd i 245 av landets 290 kommuner. År 2008 användes 46,2 TWh biobränslen till uppvärmning i fjärrvärmesektorn. Det samlade intrycket är att branschen är ekonomiskt pressad, eget bränsle är viktigt då det minskar antalet mellanhänder och således även löpande kostnader. Automatiken är också väldigt viktig för ekonomin eftersom personal tynger löpande kostnader. Det finns många gamla pannor i drift idag och de kan inte bytas ut förrän livstiden är slut. Idag modifieras pannorna för nya bränslen, snarare än byggs för dessa. Användarna klagar därmed en del på panntillverkarnas kunskap om nya bränslen. Bränslen idag och om 5-10 år: Dagens dominans av de oförädlade skogsbränslens och biprodukterna från massaindustrin kommer att kvarstå om 5-10 år. Den odlade energigröda som vissa företag tror på är salix. Jordbrukets restprodukter används redan idag och en ökning är trolig. Träspån kommer fortsättningsvis vara dominerande i pellets och briketter. Övriga troliga råvaror är torv, energived, olika typer av biooljor, spannmålsavrens och palmnötskal. Hinder och kunskapsbrist Teknik anpassad för att elda bränsle med varierande fukthalt (20-55 %). Styr- och reglerteknik (även fjärrstyrning) där förbränningsparametrar ställs enligt ingående bränsle Föroreningar i oförädlade bränslen ställer till med problem både innan och i pannan Förbränningsteknik och strategier för att hantera askor med låga smältpunkter och höga salthalter Karaktärisering av och kvalitetssäkring av bränslet behövs Kommunikationen mellan bränsleleverantör och användare bör förbättras Partikelutsläpp är ett stort problem och emissionskrav skrämmer Kontinuerlig utbildning av driftoperatörer då förutsättningar förändras Småskalig rökgasrening av NOx och partiklar kan bli viktigt p.g.a. att det är oklart angående hur långt man kommer med primära metoder. 32

39 Vilken typ av insatser behövs? Flera av utrustningstillverkarna kommenterar att alla tre områdena grund-, tillämpad- och experimentell forskning är viktiga. Som grundforskning bör bränslebeteendet (slagg, påslag, korrosion, emissioner) förklaras, pannstyrning för automatik utvecklas. Den tillämpade forskningen bör fokusera på styrning och robusthet mot variationer i bränsleparametrar. Experimentell forskning är viktigt då nya bränslen ska introduceras, inte minst kommunikationen i samband med demonstration. Deltagande i FUD-program Flertalet av företagen vill gärna delta i referensgrupper, samarbetsprojekt väckte även intresse men samverkan med andra i branschen kan medföra konkurrensproblem. Demonstrationer och test ute i fält är därmed svårt om det blir problem. Vissa kommenterade att administrationen i projekten oftast är jobbig. Vikten av muntlig kommunikation betonades också - rapporter räcker inte, vi måste prata. Värmeforskprojekt ansågs mest framgångsrika för branschen. 33

40 4 Reflektion och Syntes 4.1 Kunskapsläget, tidigare FUD-satsningar och strukturer Den svenska biobränslemarknaden har expanderat kraftigt de senaste decennierna och situationen för närvarande kan karaktäriseras av en viss turbulens. Så här långt har marknaden huvudsakligen utgjorts av skogsråvara och expansionen har inneburit en inbrytning in en bransch som tidigare dominerats av sågtimmer- och massavedsproduktion. Den uppkomna turbulensen beror på att energibranschen har kommit att störa den relativa jämvikt som sedan lång tid etablerats mellan nämnda gamla aktörer inom skogssektorn. Det råder en tydlig koncensus kring uppfattningen att konkurrensen om biomassa kommer att öka. Även om det inom många olika delar av skogsbruket ses som möjligt/rimligt att öka produktionen så ligger den stora effekten av denna oftast relativt långt i framtiden. Alltså kommer priset på skogsråvara för energiproduktion med största sannolikhet att öka. Man kommer sannolikt i ökad grad att vara hänvisad till hanteringsmotsträviga fraktioner med hög och problematisk askhalt. I ett internationellt perspektiv förstärks detta intryck. De utfästelser och ambitioner som numera finns i stora delar av världen beträffande omställning till förnyelsebar energiproduktion kommer troligtvis att innebära att den spirande globala marknaden för bioenergi kommer att expandera kraftigt och att efterfrågan åtminstone periodvis sannolikt kommer att överstiga tillgången, med ökande priser som följd. Även globalt sett kommer därför bioråvaror av "sämre" kvalitet att introduceras på marknaden. I stor utsträckning handlar det då om restprodukter från åker och jordbruk samt dedikerade bioenergigrödor. Generellt sett karaktäriseras dessa av högre och ofta helt annorlunda innehåll av askbildande element, fiberstrukturer som medför mer problematisk förbehandling och bränsleinmatningsegenskaper samt annorlunda utbränningsegenskaper, i jämförelse med (för Sverige) traditionell trädråvara. Praktisk och teoretisk kunskap om sådana "nya" bioenergiråvaror börjar så smått att komma fram, men sett i perspektivet av ett förestående massivt utnyttjande, är den fortfarande anmärkningsvärt begränsad. Det finns åtskilliga exempel på havererade projekt där nya bioenergiråvaror har kombinerats med omogen teknik helt enkelt på grund av bristande kunskap och insikter. Närvärmesektorn kan grovt delas in i två sektorer: de mindre pannorna där förädlade bränslen som pellet och briketter dominerar och de lite större (typiskt > 4 MW) där oförädlade bränslen dominerar. Med en breddad råvarubas (och ett högre bränslepris?) kommer både kraven på tillgänglighet och automatisering av processerna och kraven på rening av främst NOx och partiklar att öka. För att minska kostnaderna kommer kraven på tillgänglighet och effektivisering att öka. Närvärmesektorns anläggningar kommer att ställas inför tuffare krav på omställning än de större anläggningarna, där man redan idag oftast har mer avancerad teknik för rening och reglering och även en större flexibilitet i hanteringssystemen samt mer personal på plats. Många av tillverkarna av utrustning och av bränsle är små- och medelstora företag med begränsade resurser för FUD. 34

41 Vad det gäller existerande teknik för förbehandling, energiomvandling och miljö, så är den i Sverige i huvudsak anpassad till traditionell träråvara, främst stamved. Även om man fortfarande håller sig till skogsråvara och "bara" utökar sortimenten med bark, grot och stubbar, så är det inte svårt att finna exempel på stora problem med existerande teknik. Med en viss generalisering kan man konstatera att nuvarande teknik är anpassad till ett alltför smalt spann vad det gäller bränsleegenskaper som exempelvis asksammansättning, fukthalt, bränslestruktur och utbränningsegenskaper. Man kan med säkerhet emotse problem med bränsleförvaring, förbehandling, bränsleinmatning men man kommer att få problem med ökade askmängder, sintring, slaggning, beläggningsbildning i panna och på värmeöverförande ytor och emissioner av fina partiklar. Vidare kan man förvänta sig annan korrosionspåverkan på rost, på pannväggar, på värmeöverförande ytor och reningsutrustning som funktion av asksammansättning i de nya råvarorna. Rökgasreningsutrustning måste också sannolikt modifieras till att kunna hantera bland annat ökade mängder stoft med delvis annorlunda sammansättning och egenskaper. Som framgår av denna förstudies resultat, finns pågående och avslutad forskning syftande till kunskapsuppbyggnad, med relevans för det aktuella området, på ett antal lärosäten och institut i Sverige. Man kan dock konstatera att om ambitionen är att på ett resurseffektivt sätt expandera råvarubasen till att omfatta många nya biobränslen med okända men sannolikt problematiska egenskaper, är omfattning av den nuvarande forskningen otillräcklig. Dessutom sker inte kommunicerandet och därmed implementerandet av kunskaperna på ett effektivt sätt. Orsakerna till det senare är flera (bl.a. finansierings- och meriteringsstrukturer på universitet och högskolor). Vidare framgår det med all önskvärd tydlighet i diskussion med industrin att om man ska lösa problem som existerar eller uppstår i verksamheter som egentligen ingår i en lång integrerad kedja, duger det oftast inte att isolerat studera problemet utan hänsyn till helheten. I den pågående forskningen på detta område kan man peka på många aktiviteter som dels på så sätt resulterat i suboptimeringar och dels resulterat till att man löst problem av typen ett nytt bränsle för en viss panna. Författarnas egna erfarenheter och förstudiens resultat visar på att det som krävs är generella kunskaper som är tillämpliga på många råvaror och som kan användas till att styra och utforma flexibla, effektiva, resursnåla och miljöanpassade förbränningsanläggningar. Denna insikt och dessa reflektioner kan få omfatta de forskningssatsningar som hittills gjorts inom området. Vi menar att man bör undvika att fragmentera eller att stycka upp forskning inom områden där helhetssyn, integrering och tvärvetenskaplig kommunikation är helt avgörande om målet är att den snabbt och effektivt ska implementeras och omsättas i kommersiella verksamheter till nytta för samhälle och miljö. Dessa reflexioner kring forskningsläget, tidigare FUD-verksamhet och kunskapsöverföring, som skall ses som en samlad bedömning hämtad från projektgruppens erfarenheter och med stöd av den information som framkommit i diskussion med de olika delar av bioenergibranschen som ingått I förstudien, kan sammanfattas enligt följande: 35

42 Existerande kunskap är fragmenterad (i vissa fall icke relevant/suboptimerad). Den är svårtillgänglig (i vetenskaplig litteratur) för allmänhet och branschfolk. Den är dessutom ej formulerad och anpassad till dessa kategorier. Forskningen är utspridd på många aktörer: det är svårt för industrin att ha koll på den, ha personkännedom, ha vetskap om vem som gör vad. Man saknar en kontaktyta mot forskningen som är tillgänglig och objektiv. De finns god men ofta begränsad/partiell kunskap och kompetens i de aktuella branscherna. Totalt sett är kunskapsbehovet stort. Företagen har slående små, egna resurser till egen forskning och utveckling och man efterfrågar en tydligare struktur, tydligare ingångar och drivande projektledning hos den forskning som pågår. Hela verksamhetsområdet är fragmentiserat på ett sätt som är olyckligt, eftersom förståelse och helhetssyns för stora delar av "kedjan" (råvara-bränsle-omvandlingrestprodukter-miljö-system) är högst väsentlig för alla aktörer. 4.2 Kritiska hinder och angelägen FUD-verksamhet Inom projektgruppen har vi i våra kontakter med industrin upplevt ett mycket positivt bemötande och en välkomnande attityd till denna genomgång och funderingar kring ett mer grundläggande helhetsgrepp kring FUD på området. De olika aktörerna har såklart varierande infallsvinklar vad gäller hinder, problem och framtida insatser. Speciellt tydligt blir det vid en jämförelse mellan användare av bränsle och utrustningstillverkare. Medan användarna till största delen har att hantera de förändrade förutsättningarna i sina befintliga bestånd av pannor, så är ju tillverkarnas situation sådan att man kan vara med och utveckla ny teknik och nya koncept som är anpassad till morgondagens krav samtidigt som man måste upprätthålla en löpande produktion, vilket kräver riskkapital och en långsiktig strategiskt verksamhet. Det är dock slående intressant, dock kanske inte helt överraskande, att de olika aktörerna i många avseenden förmedlar en likartad bild av situationen i denna sektor vad gäller t ex marknadsläget, teknikstatus, driftproblem, ekonomiska aspekter, framtidsfunderingar och synen på behovet av satsningar som gynnar hela FUD-kedjan. En sammanfattning och syntes utifrån enkätsvar och diskussioner med industrin följer här: Bränsleproducenter Marknadsläget, konkurrens, ekonomi De största produktionsfabrikerna blir allt större och placeras i råvarurika länder som t.ex. Ryssland och Brasilien. De mindre producenterna får det tuffare, mycket p.g.a. försäkringsproblem och bränder. En tydlig konkurrens om spån som råvara märks också. Tekniska och miljömässiga hinder för överlevnad och expansion Systemintegration och energieffektiviseringar krävs för att sänka elförbrukningen i processerna, produktionskostnaderna måste sänkas. Behovet av samlade integrerade och välgenomtänkta FUD-satsningar med en helhetssyn 36

43 Bränsleproducenternas deltagande i gemensamma program och diskussioner behövs definitivt för närvärmesektorn. Kopplingen mellan bränsleproducenter och tillverkare och användare är idag för otydlig, här behövs riktat arbete för att diskutera kvalitets- och klassificeringsfrågor. Utrustningstillverkare Marknadsläget, konkurrens, ekonomi Det finns många tillverkare i en brokig skara, både smått och familjeägt, och stora koncerner. Ekonomin är överlag pressad men branschen tror sig stå i stark position internationellt sett. Omvärldsanalysen hos flertalet företag tycks vara god tack vare relativt stor export. Tekniska och miljömässiga hinder för överlevnad och expansion Kunskap om bränslet seglar upp som en av de viktigaste aspekterna tillsammans med styrning och automatisering. Den tillverkare som kan leverera bränsleflexibla anläggningar med god styrning får sälja mycket. Behovet av samlade integrerade och välgenomtänkta FUD-satsningar med en helhetssyn Branschen känner till problemen men ingen tar riktigt tag i dem. Nästan alla nämner problem med beteende på rost och emissioner, men ingen har råd med dedikerad forskning idag. Gemensam och riktad forskning behövs eftersom problemen är tydliga - för alla. Användare Marknadsläget, konkurrens, ekonomi Ett förädlat bränsle kräver lägre investering i utrustning varför bränslet kan få betinga ett högre pris. Ett oförädlat bränsle kräver en högre investering, men ger lägre bränslekostnader. De löpande kostnaderna måste vara låga och kunna kalkyleras i båda fallen, vilket medför att stopp är oönskade. Det finns många pannor i drift idag som inte kommer att bytas ut modifiering av befintlig utrustning är alltså minst lika viktigt som ny teknik. Tekniska och miljömässiga hinder för överlevnad och expansion Varierande bränslekvalitet är ledordet. Det går att elda sämre bränslen om det kan planeras eller kvalitetskontrolleras. Utbildning av driftspersonal bör ske kontinuerligt vid förändrade förutsättningar. Automatiken bör kunna ta hand om variationer i bränsle. Emissionskrav skrämmer och vikten av både primära och sekundära åtgärder påtalas. Behovet av samlade integrerade och välgenomtänkta FUD-satsningar med en helhetssyn Åsikter från denna bransch är värdefulla eftersom de ser problem från användarledet, där både bränsle och utrustning används. 37

44 5 Förslag på samordnat FUD-program med fokus Närvärme Som nämnts tidigare har tidigare forskningsprogram inom främst Energimyndigheten och Värmeforsk genererat en relativt god kunskapsbas och kompetensnivå vid universitet, högskolor och institut. Under senaste åren har även en långsam introduktion och insikt kring nya råvaror även genererat en viss praktisk erfarenhet hos industrin och andra aktörer kring användandet av nya råvaror för biobränslen. Vi vill nu se att dessa erfarenheter, kompetenser och resurser stärks, samordnas och implementeras/appliceras direkt i utvecklingsarbetet av framtida ny teknik och anpassning av äldre teknik för nya bränslen med fokus på närvärmesektorn. En övergripande fråga är hur denna sektor måste anpassas och utvecklas utifrån en utvidgad råvarubas, men även många fler aspekter än de rent bränslerelaterade frågorna är viktigt att beakta vad gäller teknik, drift, system, miljö m.m. För att lyckas med detta är det nödvändigt att skapa ett samordnat forskningsprogram där såväl grundläggande forskning (kunskapsuppbyggnad), tillämpad forskning och utveckling samt demonstrationsprojekt ryms och samverkar med en tydlig styrning och struktur. Detta gör sig lämpligen i form av någon slags centrumbildning med vidhängande ramprogram. För att möjliggöra att nödvändiga finansiella medel för detta frigörs föreslår vi att man utreder möjligheterna till en samverkan mellan olika finansiärer offentliga finansiärer, t ex Energimyndigheten och Vinnova, samt näringslivet, exempelvis via Värmeforsk. Det är mycket viktigt att de i många fall världsledande forskningsmiljöerna som till stor del etablerats via offentliga medel vid universitet, högskolor och institut får möjlighet att fortsatt bedriva forskning av både grundläggande och tillämpad karaktär. Denna kunskapsbas måste dock på ett än effektivare sätt förmedlas och implementeras i en nödvändig teknikutveckling, implementering och kommersialisering, inte minst inom närvärmesektorn 0,05-20 MW. Inom detta segment återfinns även många av de pannor för industriellt bruk som idag eldas med olja men som förväntas konvertera till annat bränsle inom de närmaste åren pga av förändringar i beskattningsreglerna (upp till 7 TWh enligt Temarapporten). Vidare anser vi att en avgörande framgångsfaktor för detta initiativ är att det etableras en samlad infrastruktur för hela kedjan från bränsle till skorsten för att bedriva experimentell FUDverksamhet med väl valda lokaliseringar dit resurser för alla plan (personal, utrustning, drift, kompetens etc) kan allokeras. Eftersom drivkraften för denna verksamhet till största delen utgår från en utvidgad råvarubas så är det viktigt att den bränsle- och förbränningstekniska forskningen integreras i ett system av flexibla och modifierbara experimentella resurser där systematisk FUD effektivt kan bedrivas i en miljö av behovsstyrd balans mellan grund- och tillämpad forskning, samt demonstration av koncept. Vi ser detta som en grundförutsättning för att uppnå hög resurseffektivitet och förbättra processerna för kommunicerande och implementering av forskningsresultat i teknisk utveckling. Detta är också viktigt för att skapa en koncentrerad kritisk massa inom forskningen för att främja och behålla Sveriges position som 38

45 ledande forskningsnation även inom denna del av bioenergisektorn. Närvärmesektorn är känslig för störningar i driften och därför är det svårt att bedriva FUD vid befintliga anläggningar. Vid större anläggningar finns vanligen både mer och kvalificerad personal, möjlighet att täcka upp med andra pannor och mer förlåtande utrustning. I det följande presenteras ett förslag på FUD-program Närvärme schematiskt vad gäller uppbyggnad, struktur och finansiering, med en kort förklarande text. Vi hoppas att detta förslag skall tas emot som ett underlag för vidare diskussion kring hur ett sådant program skulle kunna förverkligas och genomföras. Programuppdelning och samverkan Värme Bränsle Energiomvandling Miljö/system Närvärmeprogrammet Ett enhetligt program som tydligt jobbar över gränserna! Närvärmeanläggningar kan även producera el och förutsättningarna för den termiska energiomvandlingsprocessen är i stor utsträckning samma kommunikation med program kring småskalig kraftvärme viktig! Kraftvärme Figur 2. Schematisk illustration av ett samordnat och helhetsfokuserat FUD-program Närvärme. Det som vi vill tydliggöra med denna skiss är att det är av avgörande betydelse att en dedikerad satsning i linje med föreslagna FUD-aktiviteter sker dels i form av ett samordnat program som inkluderar hela kedjan från bränsle-omvandling-system/miljö och dels i form av strategiska fysiska lokaliseringar där konceptuell forskning och utveckling kan bedrivas. Sådana infrastrukturella satsningar måste givetvis samordnas/integreras med övriga kompletterande nationella experimentella resurser på området. Denna tanke om helhetssynen har tydligt framförts av flera företrädare från de olika aktörerna inom industrin vi varit i kontakt med. 39

46 Det föreslagna programmet bör förslagsvis avgränsas till att innefatta delar som berör aspekter som direkt berör energiomvandlingsprocesserna, d v s kedjan från bränsleegenskaper via omvandlingstekniken till efterbehandling och skorsten. Utifrån denna avgränsning kan ett antal tydliga kontaktytor identifieras mot exempelvis; odling/skördeteknik och hantering av råvara/bränslen, förbehandling och förädling (t ex pelletering/brikettering och torrefiering), teknik för småskalig elproduktion, ekologiska aspekter och askåterföringkaraktärisering och kvalitetssäkring av bränslen samt klimat- och hälsoaspekter av emissioner. Forskningsuppdelning inom programmet Grundforskning Tillämpad forskning och utveckling Experimentell utveckling och demonstration Alla delmoment behövs för framgång! Förutsättningar för samverkan mellan de olika planen är avgörande! Figur 3. Uppdelning av FUD-programmet i grundforskning, tillämpad forskning och utveckling samt experimentell utveckling och demonstration. Figur 3 belyser de principiellt viktiga delarna som måste samverka i ett framgångsrikt FUDprogram. Denna syn delas av samtliga parter som medverkat i denna studie och det går inte i dagsläget att inbördes värdera och ställa dessa mot varandra. Det finns en uppenbar inneboende komplexitet i detta koncept som gör att det är nödvändigt med en övergripande styrning och struktur som utgår från en väl förankrad helhetsbild och säkerställer allas behov i FUD-processen. 40

47 Andel finansiering Finansiering Vinnova?! Grundforskning Tillämpad forskning Experimentell utveckling En tydlig uppdelning av finansieringen mellan de olika blocken! Samverkan och övergripande styrning viktig! Strategiska medel behövs för infrastruktur och administration! Figur 4. Schematisk illustration av finansiering av ett samordnat och helhetsfokuserat FUDprogram Närvärme. Figur 4 illustrerar schablonmässigt hur uppdelningen av medel för forskning utveckling och demonstration skulle kunna fördelas mellan olika kategorier av aktiviteter samt hur olika potentiella finansiärer kan stödja dessa delar. Förslaget innebär; Grundforskning finansierad till 100 % inom programmet, Tillämpad forskning med en 50/50 -finansiering inom programmet och Experimentell utveckling (demonstration) där demoanläggningar finansieras till 100 % av industrin (riskkapital, utvecklingsbolag,..?) men att det inom programmet avsätts medel för medverkan av forskare t ex vid specifika mät- och analysinsatser. 41

48 Bilaga 1 Presentationsmaterial I denna bilaga redovisas presentationsmaterial som användes för att marknadsföra projektet och kommunicera dess syfte och innehåll i dialogen med de viktiga aktörerna som intervjuades inom ramen för projektet. Projektgruppen Utveckling av framtida konkurrenskraftig närvärme (< 20 MW t ) med säkrad bränslekvalitet samt hög tillgänglighet, effektivitet och miljöprestanda Projekt på uppdrag av Energimyndigheten april dec 2010 i samarbete mellan: Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Umeå Universitet Luleå Tekniska Universitet Sveriges Lantbruksuniversitet SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut Energiteknik Marie Rönnbäck, Jelena Todorovic Umeå Universitet Energiteknik och termisk processkemi (ETPC) Christoffer Boman, Dan Boström, Markus Broström, Jonathan Fagerström, Nils Skoglund Luleå Tekniska Universitet Energiteknik Marcus Öhman, Joakim Lundgren, Ida-linn Nyström, Lars Westerlund, Roger Hermansson Sveriges Lantbruksuniversitet Enheten för biomassateknologi och kemi (BTK) Torbjörn Lestander, Robert Samuelsson Innehåll Mål Mål för projektet Motiv till projektet Kunskapsbehov Vilka råvaror kan förväntas i morgon? Kvalitén hos nya råvaror jämfört med rent trä Område FÖRÄDLING - Vad behöver göras? Temarapportens vision Konkreta forskningsbehov FÖRÄDLING Område OMVANDLING - Vad behöver göras? Temarapportens vision Konkreta forskningsbehov OMVANDLING Övergripande mål: att föreslå ett samordnat FoU-paket som genomförs Delmål: att intensifiera och utvidga samarbetet mellan anläggningsägare, användare, bränsleleverantörer och forskare i samarbete med branschen identifiera viktiga generella hinder för optimering av anläggningarnas prestanda (bränsletillverkning och förbränning) då råvarubasen vidgas till andra bränslekvalitéer identifiera strategiska forskningsinsatser för att undanröja hindren identifiera mekanismer för ökad innovationseffektivitet Motiv Sveriges åtagande om förnybar energi till år 2020 innebär en ökning av fasta bränslen och avfall med TWh Skogen bidrar mest men även jordbruket måste bidra, sämre bränslekvaliteter måste utnyttjas Import av biobränslen av varierande kvalitet kommer att öka Detta medför: - närvärmeanläggningar (50 kw-20 MW) måste anpassas för sämre bränslekvaliteter - bränsleproduktion måste utvecklas för att bättre och effektivare modifiera bränslet till önskade egenskaper Kunskapsbehov Ökad komplexitet i hela systemkedjan råvara/restprodukt beredning/förädling omvandling/förbränning Behovet av långsiktig kunskaps- och kompetensöverföring kommer att öka både vad gäller forskare och framtida rekrytering inom biobränslebranschen Miljökraven ökar (emissioner, askåterföring mm) För att stärka och behålla svensk position inom området bör forskning och utveckling genomföras i nära samarbete med kommersiella aktörer Teknikutveckling för att vid varje tillfälle möjliggöra utnyttjande av rätt råvara, i rätt process och på rätt plats Långsiktigt säkerställa råvaruförsörjningen till inhemska processer Utveckling för utnyttjande av varierande och sämre bränslekvaliteter 42

49 Vilka råvaror kan förväntas? Kvalitén hos nya råvaror jämfört med rent trä (1) På längre sikt sker en omfördelning av biobränslen till fordonsflottan pannor för kraft- fjärr- och närvärme hänvisas till besvärligare bränslekvaliteter (högre askhalt, ogynnsammare asksammansättning) Avverkning och gallring - grot och stubbar, gallringsvirke Biprodukter - bark och spån Biprodukter massaindustri avlutar, tallolja, tallbeckolja Nya sortiment från skogen? Odlat på åkermark Salix, vallgrödor, ettåriga (spannmål etc) Restprodukter från jordbruk halm, blast Torv Restprodukter från tillverkning av biodrivmedel (lignin, hydrolysrester) Import av både skogsprodukter och agrara bränslen Vid förbränning Högre halt bränslekväve NOx Högre halter av askbildande ämnen (askhantering) Askrelaterade problem vid förbränning (sintring, slagg, korrosion) Partikelutsläpp vid förbränning från oorganiskt innehåll i askan Föroreningar, tungmetaller Svavel och klor kan ge sura gaser Vid anläggningen Andra inmatningssystem (ökad skruvdiameter, rivare etc) Askhantering Utsläppsminimering Askåterföring etc Kvalitén hos nya råvaror jämfört med rent trä (2) Vid förädling (homogenisering, malning, pelletering, brikettering, tumling vid anläggningen, mm) Ökat slitage vid malning, pelletering etc. Område FÖRÄDLING - Vad behöver göras? (1) Temarapport: Det bränslebaserade energisystemet Vision för 2020 (1) Huvuddelen av den pellets som produceras storskaligt med inblandning av grot, flis, strå torv och restprodukter från jordbruket Pellets med bättre förbränningsegenskaper används främst i mindre anläggningar Utveckling av mer robust, småskalig förbränningsteknik gör att svårare bränslen kan användas även i små- och mellanskaliga anläggningar För åkerbränslen finns brikett/pelletssystem i skalan ton/år 2-5 TWh åkerbränslen och fasta restprodukter från lantbruket förädlas småskaligt (< ton/år) och används lokalt 2-5 TWh åkerbränslen och fasta restprodukter från lantbruket förädlas storskaligt (> ton/år) Område FÖRÄDLING - Vad behöver göras? (2) Temarapport: Det bränslebaserade energisystemet Vision för 2020 (2) Anläggningar för förädling genom torrefiering och pyrolysförvätskning baserade på svenskt processkunnande har demonstrerats Urbant och industriellt avfall bereds för att möjliggöra ökad användning för bl.a. elproduktion med ångtemperaturer upp mot C Område FÖRÄDLING - Vad behöver göras? (3) Temarapport: Det bränslebaserade energisystemet Visionen förutsätter följande EFUD*-insatser (1) Utvecklingsstöd till de bränsleförädlande företagen med mål att: Sänka produktionskostnaden vid storskalig förädling med 10 % Demonstrera storskalig produktion av pellets från stråbränsle/restprodukter från lantbruket Demonstrationsstöd till entreprenörer, utrustningsleverantörer, forskare med mål att: Ta i drift ca 10 system för småskalig förädling Grundläggande forskning kring additiv och beredningstekniker i samarbete akademi utrustningsleverantörer med mål att: Demonstrera beredningstekniker förädlingsmetoder *EFUD = energirelaterad forskning, utveckling och demonstration Område FÖRÄDLING - Vad behöver göras? (4) Temarapport: Det bränslebaserade energisystemet Visionen förutsätter följande EFUD-insatser (2) Utvecklingsinsatser i samarbete akademi-utrustningsleverantörer med mål att: Ta i drift demonstrationsanläggningar för torrefiering och produktion av pyrolysolja Insatser i samarbete akademi-energiföretag med mål att: Utveckla lagringsmetoder utan substansförluster Konkreta EFUD-behov FÖRÄDLING Hur mäter vi bränsleegenskaper i realtid och återkopplar dessa för processkontroll? Hur modifierar vi bränslet för att erhålla önskade egenskaper? Vilka tekniker använder vi för att tillföra additiv och erhålla homogena blandningar vid bränsletillverkning? Vad är rätt bränsle till rätt användare i skalan 0,05-20 MW? Etc? 43

50 Område OMVANDLING < 20 MW - Vad behöver göras? (1) Temarapport: Det bränslebaserade energisystemet Vision för 2020 Pellets av hög kvalitet används framförallt i villapannor och kaminer Besvärligare bränslen används i närvärmeanläggningar (briketter/pellets från nya skogssortiment, åkerbränslen och restprodukter) 80 % av oljeuppvärmning inom industri har ersatts med biobränslen (7 TWh) Kapitalutnyttjande och årsverkningsgrad ökar genom att antalet energianläggningar för samproduktion av två eller fler energibärare ökar. Effekt kan fördelas mellan värme/el/kyla/förädling. Småskalig kraftvärme med närvärme har svårt att konkurrera med storskalig elproduktion. Anläggningar med industriell baslast, exempelvis bränsleförädling, är dock lönsamma Område OMVANDLING < 20 MW - Vad behöver göras? (2) Temarapport : Det bränslebaserade energisystemet Visionen förutsätter följande EFUD-insatser (1) Alla former av biobränsleanvändning Ökad kunskap om mekanismer för askrelaterade problem samt teknisk utveckling för att hantera bränsle och aska med mål att: Klassificera alla fasta biobränslen m.a.p lämplig eldningsteknik Utveckla omvandlingsteknik som klarar kommande miljökrav och hög drifttillgänglighet Medicinska studier av partiklars hälsoeffekter samt studier av partikelbildning och partikelbegränsning med mål att: Klargöra partiklars hälsoeffekt och begränsa utsläppen till acceptabla nivåer Grundläggande studier av NOx och VOC-bildning med mål att: Demonstrera kostnadseffektiva metoder att nå regionala gränsvärden Område OMVANDLING < 20 MW - Vad behöver göras? (3) Temarapport: Det bränslebaserade energisystemet Visionen förutsätter följande EFUD-insatser (2) Mindre närvärmeanläggningar kw Utvecklingsstöd till utrustningsleverantörer med mål att: Demonstrera 2-3 förbränningssystem för briketter eller pellets gjorda på åkerbränslen eller flis Mellanstora närvärmeanläggningar kw Utvecklingsstöd till utrustningsleverantörer med mål att: Demonstrera 2-3 förbränningssystem för briketter gjorda av åkerbränslen eller för grotflis Område OMVANDLING < 20 MW - Vad behöver göras? (4) Temarapport: Det bränslebaserade energisystemet Visionen förutsätter följande EFUD-insatser (3) Stora närvärmeanläggningar > 5 MW Utvecklingsstöd till utrustningsleverantörer med mål att: Demonstrera teknik som möjliggör användning av bränslen med stor variation i fukthalt, askhalt och asksammansättning Småskalig elproduktion Utvecklingsstöd till samarbete akademi-utrustningsleverantörer med mål att: Demonstrera > 3 processer för småskalig kraftvärme 300 kw 3 MW och elutbyte > 30 % (ex gengas, externeldad gasturbin, stirlingmotor) Demonstrera integrerad lönsam produktion av el, värme och förädlat bränsle i anläggningar < 3 MW Konkreta forskningsbehov OMVANDLING Hur ska en närvärmepanna designas (konstruktion och reglering) för att effektivt kunna hantera och omvandla nya bränslen? Hur minimeras emissioner (primär- och sekundäråtgärder) effektivt? Hur mäter vi bränsleegenskaper i realtid och återkopplar dessa för förbränningsoptimering? Hur kan driftekonomin optimeras så att investeringar i effektiv teknik kan motiveras? Vilka tekniker använder vi för att tillföra additiv och erhålla homogena blandningar vid förbränningsoptimering vid pannan? Vad är rätt bränsle till rätt användare i skalan 0,05-20 MW? Etc? 44

51 Bilaga 2 Sammanställning över viktiga bränsleleverantörer i Sverige Totalt i Sverige Förbrukning av bränslen inom el-, gas- och värmeverk 2008 och 2009 (Energimyndigheten och SCB, 1000 toe) Produktion av el i Produktion av hetvatten i Bränsle År Totalt Industriella mottrycksanl Trä (flis, bark, spån ) Kraftvärmeverk Kraftvärmeverk Fristående värmeverk Briketter, pellets o.dyl Avlutar tallolja och Torv SCA Norrbränsle AB Under 2008 uppgick våra totala energileveranser till cirka 2,6 TWh, varav pellets svarade för ungefär 800 GWh. Produktmix 2008 Rebio AB 1 miljon kubikmeter trädbränsle (bark, torrflis, sågspån, råflis, torv och återvunnet träbränsle) säljs vidare till energiproducenter och träfiberindustri. Råvaran kommer i första hand från privatägda köpsågverk, hyvlerier, snickerifabriker, massaindustrier mm. Bränslemixar för små värmeverk, vilka ofta har en hög känslighet beträffande fraktionsstorlek och fukthalt. 45

52 Svea Skog AB 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Biobränsle, TWh Södra skogsenergi AB Fakta om Södra Skogsenergi AB 2008 Omsättning: 370 miljoner kronor Antal anställda: 17 Leveranser: 3,7 miljoner kubikmeter e on E.ON Sverige ansvarar för ca 800 värmeanläggningar i Sverige. Vi levererar värme motsvarande omkring 6 TWh. 46